Astrónomos detetaram pela primeira vez um par próximo de buracos negros supermassivos no centro da galáxia Markarian 501.

Observações de radiotelescópios durante 23 anos revelam dois jatos de partículas ligados a buracos negros supermassivos que poderão fundir-se dentro de 100 anos

Os buracos negros supermassivos, com massas que variam entre 100 milhões e 1 mil milhão de massas solares, continuam a ser dos objetos mais enigmáticos do Universo. Os cientistas admitem que o seu crescimento possa resultar de fusões, mas até agora não tinha sido possível detectar diretamente uma dupla próxima de buracos negros supermassivos. Num estudo recente, isso foi conseguido por uma equipa internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR): pela primeira vez, os astrónomos obtiveram provas diretas da existência de um sistema deste tipo na galáxia Markarian 501.

Através de uma rede de radiotelescópios e da análise de dados de elevada qualidade, recolhidos em diferentes frequências ao longo de 23 anos, a equipa identificou dois jatos de partículas muito potentes, a moverem-se quase à velocidade da luz. Um dos jatos está apontado para a Terra e, por isso, parece mais luminoso; o outro está orientado de forma diferente e era mais difícil de detetar. A análise de longa duração mostrou que este segundo jato se desloca no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno de uma buraco negro maior, num processo cíclico que aponta para o movimento orbital de um par de buracos negros supermassivos.

Em junho de 2022, a radiação do sistema assumiu a forma de um anel de Einstein: a luz do segundo jato foi desviada pelo primeiro buraco negro, formando quase um círculo perfeito. Esta lente gravitacional confirmou a presença de dois buracos negros, uma vez que o sistema está alinhado de forma ideal em relação ao observador.

Segundo as estimativas dos investigadores, os buracos negros orbitam um ao outro com um período de cerca de 121 dias, a uma distância de 250–540 unidades astronómicas - relativamente pequena para objetos destas dimensões. Mantendo-se a dinâmica atual, poderão fundir-se dentro de cerca de 100 anos. Essa fusão produzirá ondas gravitacionais de baixa frequência, que poderão ser captadas por radiotelescópios como o Pulsar Timing Array (PTA). O Mrk 501 poderá tornar-se um objeto fundamental para associar sinais observados de radiação de fundo gravitacional a um sistema binário de buracos negros supermassivos específico.

A deteção indireta de um par de buracos negros através de jatos de partículas é especialmente importante, porque até 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 no Mrk 501. Esta descoberta abre uma oportunidade rara para estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e testar modelos teóricos da sua formação e evolução.

"Se as ondas gravitacionais forem registadas, poderemos observar a forma 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", afirmou o coautor do estudo, Hector Olivares.