Pela primeira vez, no centro da galáxia Markarian 501, astrónomos detetaram um par próximo de buracos negros supermassivos.

Наблюдения радиотелескопов за 23 года показали два джета частиц, указывающие на движение чёрных дыр, которые могут слиться через 100 лет

Os buracos negros supermassivos - com massas que vão de 100 milhões a 1 mil milhão de vezes a do Sol - continuam a ser dos objetos mais enigmáticos do Universo. Há muito que os cientistas defendem que estes gigantes crescem através de fusões, mas, até agora, faltava uma prova direta de uma dupla “apertada” de buracos negros supermassivos. Um novo estudo mudou isso: uma equipa internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), apresentou as primeiras evidências diretas de um sistema destes no centro da galáxia Markarian 501.

Para chegar lá, os investigadores recorreram a uma rede de radiotelescópios e a dados de alta qualidade recolhidos em várias frequências ao longo de 23 anos. A análise revelou dois jatos (jets) de partículas muito energéticos, a deslocarem-se a velocidades próximas da da luz. Um deles aponta na direção da Terra e, por isso, aparece mais brilhante; o outro está orientado de forma diferente e foi mais difícil de detetar. Ao seguir o comportamento do sistema durante anos, a equipa observou que o segundo jato descreve um movimento no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno do buraco negro maior, num ciclo repetitivo - um sinal compatível com o movimento orbital de um par de buracos negros supermassivos.

Em junho de 2022, a emissão do sistema assumiu a forma de um anel de Einstein: a luz do segundo jato foi desviada pelo primeiro buraco negro, formando um círculo quase perfeito. Este efeito de lente gravitacional reforçou a presença de dois buracos negros, já que o alinhamento do sistema em relação ao observador é extremamente preciso.

Segundo as estimativas da equipa, os dois buracos negros orbitam um em torno do outro com um período de cerca de 121 dias, separados por 250–540 unidades astronómicas - uma distância relativamente pequena para objetos desta dimensão. Se a dinâmica atual se mantiver, poderão fundir-se dentro de aproximadamente 100 anos. Essa fusão deverá gerar ondas gravitacionais de baixa frequência, que poderão vir a ser detetadas por radiotelescópios e métodos como o Pulsar Timing Array (PTA). A Mrk 501 pode tornar-se um alvo-chave para ligar sinais observados no fundo de ondas gravitacionais a um sistema binário supermassivo concreto.

A deteção indireta do par através dos jatos de partículas é especialmente relevante porque, mesmo o Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 mostrou pela primeira vez imagens de buracos negros - não tem resolução suficiente para visualizar dois objetos separados em Mrk 501. Esta descoberta abre uma oportunidade rara para estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e para testar modelos teóricos sobre a sua formação e evolução.

«Se as ondas gravitacionais forem registadas, poderemos observar como a sua frequência aumenta gradualmente à medida que os dois gigantes se aproximam em espiral, oferecendo uma oportunidade rara de ver a fusão de buracos negros supermassivos em tempo real», sublinhou o coautor do estudo Hector Olivares.