Pela primeira vez, astrónomos detetaram no centro da galáxia Markarian 501 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

Muitas das maiores perguntas sobre o Universo acabam por ir parar a um mesmo lugar: buracos negros supermassivos. Com massas que podem variar entre 100 milhões e 1 mil milhão de vezes a do Sol, estes gigantes continuam entre os objetos mais enigmáticos que conhecemos. Há muito que os cientistas defendem que crescem sobretudo através de fusões, mas faltava algo crucial: observar diretamente um par próximo destes buracos negros. Um novo estudo conseguiu finalmente isso, graças a uma equipa internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), que reuniu evidências diretas de um sistema deste tipo na galáxia Markarian 501.

Para chegar a esta conclusão, os investigadores recorreram a uma rede de radiotelescópios e a dados de alta qualidade em várias frequências recolhidos ao longo de 23 anos. A análise revelou dois jatos de partículas muito energéticos, a moverem-se a velocidades próximas da luz. Um deles aponta na direção da Terra e, por isso, aparece mais brilhante; o outro está orientado de forma diferente e foi muito mais difícil de detetar. Ao acompanhar a evolução do sistema ao longo do tempo, a equipa verificou que o segundo jato descreve um movimento cíclico no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno de um buraco negro maior - um sinal consistente 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 confirmou a presença de dois buracos negros, já que o sistema se encontra alinhado de forma ideal em relação ao observador.

Segundo as estimativas dos investigadores, os buracos negros orbitam um em torno do outro com um período de cerca de 121 dias, a uma distância de 250–540 unidades astronómicas - relativamente pequena para objetos desta escala. Se a dinâmica atual se mantiver, poderão fundir-se dentro de aproximadamente 100 anos. Uma fusão assim produzirá ondas gravitacionais de baixa frequência, que poderão vir a ser detetadas por radiotelescópios através de projetos como o Pulsar Timing Array (PTA). A Mrk 501 pode tornar-se um alvo-chave para ligar sinais observados do fundo de ondas gravitacionais a um sistema binário supermassivo específico.

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 distinguir dois objetos na Mrk 501. Esta descoberta abre uma oportunidade rara para estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e 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», observou o coautor do estudo Hector Olivares.