O par de quasares compactos mais antigo de sempre foi descoberto apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. Os cientistas afirmam que não existe uma explicação teórica para o facto de este par de buracos negros em fase de alimentação ativa ter atingido uma massa tão elevada numa fase tão precoce da história do Universo. Ao par de quasares foi atribuída a designação havaiana Nāpōwawāʻenakaulua.

Uma equipa internacional de astrónomos descobriu J1602+4228AB, apelidado de Nāpōwawāʻenakaulua, o par de quasares compactos mais distante - e, por conseguinte, mais antigo - alguma vez encontrado no Universo. A sua pequena separação torna-os também o par de quasares mais compacto encontrado na era do Universo primitivo, conhecida como "amanhecer cósmico". Embora os astrónomos teorizem que os pares de quasares são comuns, é raro conseguir realmente encontrar e caracterizar estes objetos energéticos. Ainda mais raro é encontrá-los numa fase tão precoce da história do Universo.

A natureza surpreendente de Nāpōwawāʻenakaulua foi revelada através de observações com o telescópio Gemini North, localizado no vulcão inativo Maunakea, no Hawaii, e com o Telescópio Espacial James Webb. Silvia Onorato, investigadora de pós-doutoramento no NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF (National Science Foundation), liderou o estudo. Os resultados foram apresentados num artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

O Gemini North é uma das duas partes do Observatório Internacional Gemini, uma colaboração internacional liderada pela NSF dos EUA, em parceria com o Canadá, o Chile, o Brasil, a Argentina e a República da Coreia, e operada também pelo NOIRLab da NSF.

Os primeiros mil milhões de anos do tempo cósmico foram um período de formação frenética: os halos de matéria escura entraram em colapso, as galáxias deram origem à sua primeira geração de estrelas e as galáxias massivas formaram os primeiros buracos negros supermassivos nos seus centros. À medida que as galáxias interagiam, colidiam e, em alguns casos, se fundiam completamente, os seus buracos negros supermassivos eram alimentados com grandes quantidades de gás e estrelas. Uma fração desta "massa acretada" proveniente dessa alimentação foi convertida em energia, fazendo com que os buracos negros se tornassem tão brilhantes que ofuscavam todas as estrelas da sua galáxia hospedeira. São estes que os astrónomos chamam de quasares.

Os cientistas determinaram que as interações e fusões entre galáxias são comuns no Universo. Por conseguinte, esperam encontrar uma abundância de pares de quasares com uma separação inferior ao tamanho típico de uma galáxia. No entanto, isto tem-se revelado difícil por algumas razões: 1) a "fase de quasar" de um buraco negro supermassivo é relativamente curta; 2) estes objetos estão muito distantes, pelo que são fracos e difíceis de detetar com telescópios terrestres; 3) a escalas de separação tão pequenas, os membros individuais de um par de quasares são difíceis de distinguir.

É aqui que entra Nāpōwawāʻenakaulua, que não só é o terceiro par de quasares conhecido encontrado no início do Universo, como foi descoberto numa fase tão precoce da história do Universo que os cientistas não conseguem explicar como surgiu. A natureza de Nāpōwawāʻenakaulua está refletida no seu nome, que se traduz como "Dois corpos celestes de uma escuridão poderosa e inconcebível, no brilho do calor que reencarna energia no Universo", tal como criado pelo programa A Hua He Inoa no Centro de Astronomia ʻImiloa do Hawaii e pela Ka Haka ʻUla O Keʻelikōlani (Faculdade de Língua Havaiana) da Universidade do Hawaii.

O par está separado por uma distância de aproximadamente 18.100 anos-luz, ou cerca de um-quinto do diâmetro da Via Láctea. Têm massas de 1,5 mil milhões e 400 milhões de vezes a do Sol, respetivamente. A sua distância coloca-os apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. Durante este período, as primeiras estrelas, galáxias e buracos negros do Universo ainda eram relativamente jovens. A massa extrema de Nāpōwawāʻenakaulua nesta altura desafia, portanto, a nossa compreensão atual sobre a maneira como se formam as estruturas cósmicas em grande escala.

"Não existe uma explicação teórica definitiva para a existência de um único destes quasares gigantes numa fase tão precoce na idade do nosso Universo, muito menos de dois", afirma Onorato. "Observámos Nāpōwawāʻenakaulua numa altura em que o Universo tinha apenas treze avos da sua idade e, surpreendentemente, os seus buracos negros supermassivos têm exatamente a mesma massa que aqueles que vemos hoje".

Nāpōwawāʻenakaulua foi descoberto nos dados do levantamento Aether, um programa do Webb liderado por Emanuele Paolo Farina, cientista associado do NOIRLab/Gemini da NSF, que visa compilar um recenseamento dos objetos do Universo primitivo. Utilizando a ferramenta IFU (Integral Field Unit) do instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb, o levantamento recolheu uma amostra de 200 quasares, representando 43% de todos os quasares conhecidos nesta fase da história cósmica. Foi durante as inspeções visuais do conjunto de dados do Aether que a equipa fez a emocionante descoberta de que o quasar J1602+4228A tinha um companheiro.

Observações de acompanhamento com o GNIRS (Gemini Near-Infrared Spectrograph) do Gemini North permitiram à equipa distinguir os dois quasares como entidades individuais. J1602+4228A e J1602+4228B estão tão próximos um do outro, e J1602+4228B é tão fraco, que observá-lo a partir do solo deveria ter sido quase impossível. No entanto, o momento perfeito e as condições meteorológicas ideais em Maunakea permitiram à equipa realizar este feito científico. "O céu sobre Maunakea estava tão límpido e nítido que conseguimos recolher os dados em apenas duas noites", afirma Onorato. Observações adicionais com o GMOS (Gemini Multi-Object Spectrograph) permitiram definir com maior precisão as propriedades do par de quasares.

Embora a história completa da origem de Nāpōwawāʻenakaulua continue a ser um mistério, a equipa sugere que este raro par de quasares possa servir como um indicador de um pico extremo no campo de densidade da matéria do Universo primitivo, onde as interações galácticas alimentaram simultaneamente a formação estelar e o rápido crescimento dos buracos negros.

"Nāpōwawāʻenakaulua é um ambiente verdadeiramente único", afirma Onorato. "É um laboratório que permite aos astrónomos estudar como as primeiras galáxias massivas e os seus buracos negros centrais se formaram através de interações galácticas diretas durante esses tempos primitivos".

// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Observatório Internacional Gemini (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

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