image: Esta representación artística muestra a Nāpōwawāʻenakaulua, el par de cuásares compactos más antiguo jamás observado. Los cuásares son agujeros negros supermasivos que se alimentan activamente de materia y emiten enormes cantidades de energía. Aquí se representan como dos fuentes de luz extremadamente brillantes en el centro de la burbuja. Nāpōwawāʻenakaulua se descubrió mediante el telescopio Gemini Norte, ubicado en el volcán inactivo Maunakea, en Hawai‘i, que aparece en la parte inferior de la imagen. Gracias al aire seco y estable de Maunakea, Gemini Norte pudo detectar este par de cuásares tenues y muy cercanos entre sí, que, de otro modo, no habrían sido posibles de detectar desde tierra. Este par de cuásares se encuentra a una distancia tan enorme que lo observamos tal como era apenas 900 millones de años después del Big Bang. Esta etapa de la historia cósmica se conoce como la época de la reionización. Durante este período, las primeras estrellas masivas y galaxias del Universo emitieron intensas ondas de radiación ultravioleta, que desintegraron los átomos de hidrógeno neutro cercanos y dieron origen a regiones localizadas de gas ionizado, o excitado. Esto se representa mediante burbujas que aparecen en la parte superior de la imagen, cada una con su propia fuente brillante en su centro. La composición muestra el recorrido visual desde Maunakea hasta Nāpōwawāʻenakaulua: el espacio pasa de la densa franja de la Vía Láctea a un campo de estrellas y galaxias lejanas, que representa la enorme distancia a través del cosmos que nos separa de este compacto par de cuásares. El nombre de Nāpōwawāʻenakaulua se traduce como “Dos cuerpos celestes de oscuridad poderosa e insondable, en el resplandor del calor que reencarna la energía en el Universo”. Fue creado por el programa A Hua He Inoa del Centro de Astronomía ʻImiloa de Hawai‘i y Ka Haka ʻUla O Keʻelikōlani (Facultad de Lengua Hawaiana) de la Universidad de Hawai‘i. view more
Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld/M. Zamani
Astrónomos descubrieron el par de cuásares compactos más antiguo jamás observado, tan sólo 900 millones de años después del Big Bang. Según los científicos, aún no existe una explicación teórica que permita entender cómo estos dos agujeros negros, en plena fase de alimentación, pudieron alcanzar masas tan grandes en una etapa tan temprana de la historia del Universo. El par recibió el nombre hawaiano de Nāpōwawāʻenakaulua.
Un equipo internacional de astrónomos descubrió J1602+4228AB, apodado Nāpōwawāʻenakaulua, el par de cuásares compactos más lejano —y, por lo tanto, más antiguo— conocido. Su escasa separación los convierte, además, en el par de cuásares más compacto detectado durante el “amanecer cósmico”, una etapa más temprana del Universo. Aunque los astrónomos creen que los pares de cuásares son comunes, encontrar y caracterizar estos objetos energéticos es poco frecuente. Y más excepcional aún es encontrarlos en una etapa tan temprana de la historia cósmica.
La sorprendente naturaleza de Nāpōwawāʻenakaulua se dio a conocer gracias a las observaciones realizadas con el telescopio Gemini Norte, ubicado en el volcán inactivo Maunakea, en Hawai‘i, y con el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Silvia Onorato, Investigadora Asociada Postdoctoral de NOIRLab de NSF, lideró el estudio. Los resultados se presentan en un artículo publicado en The Astrophysical Journal Letters.
Gemini Norte es uno de los dos telescopios que conforman el Observatorio Internacional Gemini, una colaboración internacional liderada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF), en asociación con Canadá, Chile, Brasil, Argentina y la República de Corea, y que opera NOIRLab de NSF.
Los primeros mil millones de años del Universo fueron un período de intensa actividad y formación: los halos de materia oscura colapsaron, las galaxias comenzaron a producir su primera generación de estrellas y las galaxias masivas desarrollaron los primeros agujeros negros supermasivos en sus centros. A medida que las galaxias interactuaban, chocaban y, en algunos casos, terminaban fusionándose, sus agujeros negros supermasivos acumulaban grandes cantidades de gas y estrellas. Una fracción de esta “materia acumulada” (o acretada) se transformaba en energía, lo que hacía que los agujeros negros brillaran tanto que podían eclipsar la luz de todas las estrellas de su galaxia anfitriona. Estos objetos extremadamente brillantes son lo que los astrónomos llaman cuásares.
Los científicos han determinado que las interacciones y fusiones entre galaxias son comunes en el Universo. Por lo tanto, esperan que existan numerosos pares de cuásares separados por distancias menores al tamaño típico de una galaxia. Sin embargo, esto ha resultado difícil por varias razones: 1) la “fase de cuásar” de un agujero negro supermasivo es relativamente breve; 2) estos objetos se encuentran muy lejos, por lo que su luz es tenue y resulta difícil detectarlos con telescopios terrestres; 3) al estar tan próximos entre sí, es difícil distinguirlos como objetos individuales.
Es aquí donde entra en escena Nāpōwawāʻenakaulua, que no sólo es el tercer par de cuásares conocido encontrado durante el amanecer cósmico, sino que existía en una etapa tan temprana de la historia del Universo que su formación plantea interrogantes que los científicos aún no pueden explicar. El nombre Nāpōwawāʻenakaulua refleja su extraordinaria naturaleza: se traduce como “Dos cuerpos celestes de una oscuridad poderosa e insondable, en el resplandor del calor que reencarna la energía en el Universo”. El nombre fue creado por el programa A Hua He Inoa del Centro de Astronomía ʻImiloa de Hawai‘i y el Ka Haka ʻUla O Keʻelikōlani (Colegio de Lengua Hawaiana) de la Universidad de Hawai‘i [1].
Estos objetos están separados por unos 18.100 años luz, aproximadamente una quinta parte del diámetro de la Vía Láctea. Tienen masas de 1.500 millones y 400 millones de veces la del Sol, respectivamente. Su distancia respecto a nosotros los sitúa a tan solo 900 millones de años tras el Big Bang. Durante este período, las primeras estrellas, galaxias y agujeros negros del Universo todavía eran relativamente jóvenes. La enorme masa que ya habían alcanzado en esa época representa, por lo tanto, un desafío para nuestra comprensión actual de cómo se forman las grandes estructuras cósmicas del Universo.
“No existe una explicación teórica definitiva de cómo puede existir siquiera uno de estos cuásares gigantes en una etapa tan temprana de la historia de nuestro Universo, y mucho menos dos. Observamos Nāpōwawāʻenakaulua cuando el Universo tenía apenas una decimotercera parte de su edad actual y, sorprendentemente, sus agujeros negros supermasivos tienen masas comparables a las que vemos hoy en día”, afirma Onorato.
Nāpōwawāʻenakaulua fue descubierto en los datos del estudio Aether, un programa del JWST dirigido por Emanuele Paolo Farina, Científico Asociado de NOIRLab de NSF/Gemini, que busca elaborar un censo de los objetos del Universo temprano. Mediante el instrumento Near-Infrared Spectrograph Integral Field Unit del JWST, el estudio reunió una muestra de 200 cuásares, lo que representa el 43% de todos los cuásares conocidos de esta etapa de la historia cósmica. Al inspeccionar visualmente los datos de Aether, el equipo hizo el emocionante descubrimiento: el cuásar J1602+4228A tenía un compañero.
Las observaciones de seguimiento realizadas con el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Gemini Norte (GNIRS) permitieron al equipo confirmar que se trataba de dos cuásares distintos. J1602+4228A y B se encuentran tan próximos entre sí, y J1602+4228B es tan tenue, que observarlo desde tierra debería haber sido prácticamente imposible. Sin embargo, la combinación de un momento perfecto y condiciones meteorológicas excepcionales en Maunakea permitieron al equipo lograr esta hazaña científica. “El cielo sobre Maunakea estaba tan despejado y nítido que conseguimos recopilar los datos en tan solo dos noches”, afirma Onorato. Por su parte, las observaciones adicionales realizadas con el Espectrógrafo Multiobjetos de Gemini (GMOS) permitieron determinar con mayor precisión las propiedades del par de cuásares [2].
Aunque el origen de Nāpōwawāʻenakaulua sigue siendo un misterio, el equipo plantea que este excepcional par de cuásares podría ser una señal de una concentración extrema de materia en el Universo temprano, donde las interacciones entre las galaxias habrían impulsado simultáneamente la formación de estrellas y el rápido crecimiento de los agujeros negros.
“Nāpōwawāʻenakaulua es un entorno verdaderamente único. Es un laboratorio que permite a los astrónomos estudiar cómo se formaron las primeras galaxias masivas y sus agujeros negros centrales mediante interacciones directas entre galaxias en esos primeros tiempos”, afirma Onorato.
Notas
[1] El programa A Hua He Inoa (AHHI) se basa en prácticas tradicionales hawaianas para asignar nombres y suele trabajar en colaboración con estudiantes, profesores y miembros de la comunidad que dominan el ‘Ōlelo Hawaiʻi, la lengua indígena de Hawai‘i. Nāpōwawāʻenakaulua fue creado por Larry Kimura, profesor de Ka Haka ʻUla O Keʻelikōlani. El nombre combina varios elementos del hawaiano: Nā (indicador de plural), Pō (oscuridad insondable y poderosa), en referencia a los agujeros negros supermasivos, Wawā (reencarnación o procreación, según la expresión hānau wawā recogida en el diccionario de Pukui-Elbert (1986)), ʻEna (resplandor del calor), que representa la intensa radiación emitida por la materia que se acumula alrededor de los agujeros negros centrales, y Kaulua (doble o par), en referencia a los dos cuásares. Nāpōwawāʻenakaulua también evoca a otros dos objetos que recibieron sus nombres a través del AHHI: Pōwehi, nombre asignado en 2019 a la primera imagen de un agujero negro, y Pōniuāʻena, nombre del cuásar más lejano descubierto hasta ese momento, en 2020.
[2] Las observaciones con GMOS se utilizaron para investigar si un lente gravitatorio situado delante del par de cuásares podía estar generando la apariencia del segundo cuásar más tenue. Las diferencias entre las formas de los espectros de ambos cuásares llevaron al equipo a considerar más probable que se trate de dos objetos físicamente relacionados; sin embargo, se necesita desarrollar un modelo de lente gravitatorio para descartar definitivamente esta posibilidad.
Más Información
Esta investigación se presenta en un artículo titulado “Nāpōwawā‘enakaulua: a close quasar pair at cosmic dawn in the Aether survey”, publicado en The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb11f
El equipo está compuesto por S. Onorato (NSF NOIRLab/International Gemini Observatory [Gemini], USA), E. P. Farina (NSF NOIRLab/Gemini, USA/Italian National Institute for Astrophysics [INAF], ITA), R. Decarli (INAF, ITA), K. Protušová (Heidelberg University, DEU), E. Pizzati (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA), D. Pelliccia (UC Santa Cruz, USA), D. S. Chu (University of Hawai‘i, USA), L. L. Kimura (Ka Haka ‘Ula O Ke‘elikōlani/College of Hawaiian Language, USA), L. Lozi (NSF NOIRLab/Gemini, USA), E. Peavy (NSF NOIRLab/Gemini, USA), F. Arrigoni–Battaia (Max Planck Institute for Astrophysics [MPA], DEU), E. Bañados (Max Planck Institute for Astronomy [MPIA], DEU), A. J. Barth (University of California, Irvine, USA), S. Belladitta (MPA, DEU/INAF, ITA), M. Bischetti (University of Pisa/INAF, ITA), S. E. I. Bosman (Heidelberg University/MPIA, DEU), H. Choi (University of Michigan [U-M], USA), T. Costa (Newcastle University, GBR), A. Eilers (Massachusetts Institute of Technology, USA), X. Fan (University of Arizona [UA], USA), S. Gallerani (Scuola Normale Superiore, ITA), T. R. Geballe (NSF NOIRLab/Gemini, USA), A. J. Gloudemans (NSF NOIRLab/Gemini, USA), E. Kim (NSF NOIRLab/Gemini, USA), B. C. Lemaux (NSF NOIRLab/Gemini, USA), W. Liu (UA, USA), Y. Matsuoka (Ehime University, JPN), C. Mazzucchelli (Universidad Diego Portales, CHL), A. Nitta (NSF NOIRLab/Gemini, USA), J. Schindler (University of Hamburg, DEU), A. W. Stephens (NSF NOIRLab/Gemini, USA), H. Suh (NSF NOIRLab/Gemini, USA), F. Walter (MPIA, DEU), F. Wang (U-M, USA) y J. Yang (U-M, USA).
NOIRLab de NSF, el centro de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT-Argentina, y KASI-República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak de NSF (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de NSF (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC), y el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE (en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE). Es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede central en Tucson, Arizona.
La comunidad científica está honrada por tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawaiʻi, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón, en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y el valor que I’oligam Du’ag tiene para la Nación Tohono O'odham, y el que Maunakea tiene para la comunidad Kanaka Maoli (hawaianos nativos).
Este comunicado de prensa fue traducido por Carolina Vargas.
Enlaces
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Journal
The Astrophysical Journal Letters
Article Title
Nāpōwawā‘enakaulua: a close quasar pair at cosmic dawn in the Aether survey
Article Publication Date
10-Nov-2026