Ilustração mostra quasares se unindo em galáxias em fusão.

Em algum ponto na direção da constelação de Boötes, a mais de 12,9 bilhões de anos-luz de distância, dois buracos negros supermassivos avançam um em direção ao outro. Eles estão separados por apenas cerca de 18 mil anos-luz — uma distância praticamente insignificante em escala cósmica. São o par compacto de quasares mais antigo já identificado, existente apenas 900 milhões de anos após o Big Bang, quando o Universo ainda estava em sua infância. Segundo a teoria cosmológica padrão, nenhum dos dois deveria ter alcançado uma massa sequer próxima da atual.

Formalmente designado J1602+4228AB e anunciado hoje pelo NOIRLab, o sistema recebeu um nome havaiano: Nāpōwawāʻenakaulua, que significa aproximadamente "o vazio binário dos céus". A descoberta, publicada hoje no Astrophysical Journal Letters, é o terceiro par compacto de quasares confirmado da era do Amanhecer Cósmico — e, em vários aspectos, o mais extremo já encontrado.

Dois buracos negros que desafiam as regras

Os dois objetos no centro de Nāpōwawāʻenakaulua estão em um desvio para o vermelho de z≃6,08, o que situa a origem de sua luz há 12,9 bilhões de anos. Cada um é um quasar ativo — o núcleo de uma galáxia onde o gás cai em direção a um buraco negro supermassivo com tanta rapidez que o brilho supera o de todas as estrelas da galáxia hospedeira somadas. O mais massivo dos dois tem aproximadamente 1,5 bilhão de massas solares; seu companheiro, cerca de 400 milhões de massas solares. Juntos, eles representam quase 2 bilhões de massas solares em buracos negros em um momento da história cósmica em que o Universo tinha menos de 1 bilhão de anos.

O que torna os objetos difíceis de explicar do ponto de vista teórico é o momento em que surgiram. Os modelos padrão de formação das estruturas cósmicas preveem que os buracos negros crescem ao longo de bilhões de anos, alimentando-se gradualmente de gás e se fundindo com outros buracos negros. Em z≃6,08, simplesmente não teria havido tempo suficiente, segundo essa interpretação, para que a gravidade e a acreção formassem objetos tão massivos. Os dois buracos negros estão absorvendo matéria no limite de Eddington ou acima dele — o limite teórico para a velocidade com que a matéria pode cair em um buraco negro —, o que sugere que cresceram mais rapidamente do que qualquer modelo padrão de alimentação de buracos negros permite.

A autora principal, Silvia Onorato, pesquisadora associada de pós-doutorado do NSF NOIRLab, afirmou no anúncio da descoberta que o achado representa um desafio direto às teorias atuais de formação. "Não há uma explicação teórica definitiva para como esses dois buracos negros alcançaram suas massas atuais tão cedo no Universo", disse Onorato, que liderou o estudo publicado no Astrophysical Journal Letters. "Essa descoberta obrigará os teóricos a revisarem seus modelos."

O problema das sementes dos buracos negros: a física sob pressão

O desafio apresentado por Nāpōwawāʻenakaulua faz parte de uma classe maior de problemas que tem preocupado cada vez mais a astronomia do Amanhecer Cósmico desde que o telescópio espacial James Webb iniciou suas observações do Universo primordial. A Época da Reionização — período entre aproximadamente 150 milhões e 1 bilhão de anos após o Big Bang, quando as primeiras estrelas e galáxias ionizaram o gás hidrogênio neutro que preenchia o Universo — revelou-se povoada por buracos negros muito mais massivos do que o previsto pelo modelo padrão.

A dificuldade central é conhecida como o problema das sementes dos buracos negros. No Universo primordial, os buracos negros precisavam de uma "semente" — um objeto inicial suficientemente massivo para crescer e se tornar um buraco negro supermassivo até z≃6 por meio de acreção e fusões. As sementes padrão, formadas pelo colapso de estrelas massivas e com dezenas de massas solares, precisariam acumular matéria no limite de Eddington ou próximo dele durante praticamente toda a idade do Universo naquele momento para atingir as massas observadas. Trata-se de uma margem extremamente estreita e considerada improvável sob a maioria das condições físicas.

Uma solução proposta envolve buracos negros de colapso direto — enormes nuvens de gás primordial que teriam pulado a etapa estelar e colapsado diretamente em buracos negros de 10 mil a 100 mil massas solares, obtendo uma vantagem significativa no crescimento. Outra hipótese envolve fusões descontroladas em aglomerados estelares densos. Nenhum dos dois modelos explica completamente a abundância ou as massas dos buracos negros supermassivos encontrados pelo Webb em desvios para o vermelho do Amanhecer Cósmico. A existência de Nāpōwawāʻenakaulua, com dois objetos desse tipo formando um par, agrava o problema teórico em vez de resolvê-lo.

Como foi encontrado: uma cadeia de três telescópios

A descoberta exigiu três telescópios diferentes, operando em comprimentos de onda e modalidades distintas. Cada um realizou uma etapa que os demais não poderiam executar.

A busca começou com a Hyper Suprime-Cam (HSC), do telescópio Subaru, uma câmera de amplo campo que opera do óptico ao infravermelho próximo. Usando a técnica do "dropout" do limite de Lyman — que identifica candidatos a quasares de alto desvio para o vermelho por seu desaparecimento característico dos filtros ópticos à medida que a emissão de Lyman-alfa é deslocada para fora do espectro visível —, o levantamento da HSC sinalizou J1602+4228AB como candidato em z≃6,08. Nesse desvio para o vermelho, a linha de emissão de Lyman-alfa é deslocada para aproximadamente 861 nanômetros, entrando no infravermelho próximo e fazendo o objeto praticamente desaparecer das imagens obtidas com filtros de comprimentos de onda menores.

Em seguida, entrou em ação o telescópio espacial James Webb. A Unidade de Campo Integral do NIRSpec — instrumento que captura simultaneamente um espectro para cada posição espacial dentro de um pequeno campo de visão — observou o candidato e forneceu os primeiros espectros das duas fontes individuais, confirmando seus desvios para o vermelho em z≃6,0781 e z≃6,0785. As observações do NIRSpec também detectaram as linhas largas de emissão de MgII e Hβ, usadas para estimar as massas dos buracos negros por meio do estimador de massa virial. A observação faz parte do Aether Survey, um programa do terceiro ciclo do Webb liderado por Emanuele Paolo Farina, do NSF NOIRLab, que acompanha 343 quasares de alto desvio para o vermelho entre z=5,7 e 7,0.

A separação angular entre os dois quasares é de apenas cerca de 0,98 segundo de arco — tão pequena que os dois objetos foram inicialmente catalogados como um só. O telescópio Gemini North, também instalado em Maunakea, na ilha do Havaí, forneceu os espectros de confirmação do GNIRS, que resolveram os dois quasares como objetos fisicamente distintos no mesmo desvio para o vermelho, confirmando que formam um sistema gravitacionalmente ligado, e não uma coincidência ao longo da linha de visada.

A terceira descoberta do tipo: por que o momento importa

Nāpōwawāʻenakaulua é o terceiro par compacto de quasares confirmado em desvios para o vermelho do Amanhecer Cósmico e, segundo alguns critérios, o mais extremo.

O primeiro par compacto de quasares do Amanhecer Cósmico foi anunciado em junho de 2024 por Yoshiki Matsuoka e colaboradores, também com o uso do Webb e de telescópios terrestres. A descoberta mostrou que pares de quasares podiam coexistir em z~6, mas com massas menores que as do novo sistema.

Em julho de 2026, o levantamento de quasares do Euclid, da Agência Espacial Europeia, anunciou a descoberta de sistemas adicionais de quasares de alto desvio para o vermelho, incluindo o quasar isolado mais distante já confirmado. Os resultados do Euclid ampliaram o inventário de quasares conhecidos do Amanhecer Cósmico e ajudaram a contextualizar os ambientes nos quais pares compactos de quasares podem se formar.

Uma terceira descoberta veio em agosto de 2026, quando o sistema designado LID-1166 — detectado com o Webb e o ALMA em conjunto — foi identificado como um núcleo galáctico ativo duplo em alto desvio para o vermelho. O resultado confirmou que a atividade conjunta ou próxima de buracos negros no Universo primordial não é um fenômeno isolado. Cada nova descoberta reduz o conjunto de modelos teóricos capazes de explicar o que o Webb está encontrando nos desvios para o vermelho do Amanhecer Cósmico. Para os teóricos, o acúmulo de contraexemplos está cada vez mais difícil de ignorar.

Um nome do Havaí

A designação formal J1602+4228AB é um nome de catálogo baseado em coordenadas, que indica a posição do objeto no céu segundo o sistema de coordenadas equatoriais. Em reconhecimento à importância cultural de Maunakea — onde estão os telescópios Subaru e Gemini North, em terras consideradas sagradas pelas comunidades nativas havaianas —, a equipe da descoberta trabalhou com o programa A Hua He Inoa, uma colaboração entre o NOIRLab e o ʻImiloa Astronomy Center of Hawaiʻi, para atribuir um nome havaiano ao sistema recém-descoberto.

O nome Nāpōwawāʻenakaulua — "o vazio binário dos céus" — foi escolhido dentro dessa tradição. A descoberta do quasar Pōniuāʻena, em 2020, estabeleceu o precedente de atribuir nomes havaianos a quasares de importância descobertos em Maunakea. Nāpōwawāʻenakaulua é o mais recente dessa linhagem e está entre os objetos cientificamente mais relevantes a receber esse tipo de nome.

A descoberta é detalhada em um artigo publicado hoje no Astrophysical Journal Letters. O comunicado científico completo do NOIRLab, de número noirlab2627, está disponível no site do laboratório.

Perguntas frequentes

O que é Nāpōwawāʻenakaulua?

Nāpōwawāʻenakaulua (formalmente J1602+4228AB) é o par compacto de quasares mais antigo já identificado, localizado em um desvio para o vermelho de z≃6,08. Isso significa que sua luz se originou há 12,9 bilhões de anos, apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. O sistema é formado por dois buracos negros supermassivos que somam quase 2 bilhões de massas solares e estão separados por aproximadamente 18 mil anos-luz. O nome é havaiano e foi atribuído por meio do programa A Hua He Inoa, administrado pelo NOIRLab e pelo ʻImiloa Astronomy Center of Hawaiʻi.

O que é um quasar?

Um quasar, ou objeto quase estelar, é um núcleo galáctico ativo extremamente luminoso — o centro brilhante de uma galáxia alimentado pelo gás que se acumula em um buraco negro supermassivo. À medida que a matéria cai em direção ao buraco negro, libera enormes quantidades de energia na forma de luz, muitas vezes superando em centenas ou milhares de vezes o brilho de todas as estrelas da galáxia hospedeira. Quasares em altos desvios para o vermelho estão entre os objetos individuais mais distantes e antigos que os telescópios atuais conseguem observar.

Por que esses buracos negros são tão surpreendentes?

Os modelos cosmológicos padrão preveem que os buracos negros crescem ao longo de bilhões de anos por meio de acreção e fusões. Em z≃6,08 — apenas 900 milhões de anos após o Big Bang — não teria havido tempo suficiente, segundo os cálculos do modelo padrão, para a gravidade e a alimentação de matéria formarem dois buracos negros com aproximadamente 1,5 bilhão e 400 milhões de massas solares. Além disso, ambos estão acumulando matéria no limite de Eddington ou acima dele, o que sugere que cresceram mais rapidamente do que prevê a física padrão da acreção. A coexistência dos dois nessa época, formando um par gravitacionalmente próximo, não é prevista por nenhum modelo atual de formação.

O que é o problema das sementes dos buracos negros?

O problema das sementes dos buracos negros diz respeito à dificuldade de explicar como se formaram as sementes dos buracos negros supermassivos no Universo primordial. Buracos negros padrão de massa estelar, formados pelo colapso de estrelas massivas e com dezenas de massas solares, precisariam acumular matéria continuamente no limite de Eddington ou próximo dele durante praticamente toda a idade do Universo em z≃6 para atingir as massas observadas. Sementes alternativas propostas, como os buracos negros de colapso direto, que teriam pulado a etapa estelar e se formado com 10 mil a 100 mil massas solares, continuam sendo teoricamente especulativas. Nem elas nem qualquer outro modelo de sementes explica completamente a abundância e as massas dos buracos negros supermassivos que o Webb encontrou no Amanhecer Cósmico.

O que é o levantamento Aether do Webb?

O Aether Survey é um programa de observação do terceiro ciclo do telescópio espacial James Webb (GO#5645), liderado por Emanuele Paolo Farina, do NSF NOIRLab. O programa observa 343 quasares de alto desvio para o vermelho na faixa entre 5,7 e 7,0 — a Época da Reionização e o Amanhecer Cósmico — usando a Unidade de Campo Integral do NIRSpec para obter espectros espacialmente resolvidos. O objetivo é caracterizar as galáxias hospedeiras, as massas dos buracos negros, as taxas de acreção e os ambientes dos quasares do Universo primordial. Nāpōwawāʻenakaulua foi identificado como um par compacto de quasares durante as observações do Aether Survey.

O que significa Nāpōwawāʻenakaulua?

Nāpōwawāʻenakaulua é um nome havaiano que significa aproximadamente "o vazio binário dos céus". Ele foi atribuído por meio do programa A Hua He Inoa — uma parceria entre o NSF NOIRLab e o ʻImiloa Astronomy Center of Hawaiʻi — que dá nomes havaianos a objetos astronômicos relevantes descobertos com telescópios instalados em Maunakea. O programa foi criado em reconhecimento à importância cultural e espiritual de Maunakea para a comunidade nativa havaiana. Entre os quasares anteriormente nomeados pelo programa está Pōniuāʻena, descoberto em 2020.