No centro da galáxia Markarian 501, pela primeira vez, 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 podem ir de 100 milhões a 1 mil milhão de massas solares - continuam a ser dos objetos mais enigmáticos do Universo. Há muito que se suspeita que crescem através de fusões, mas observar diretamente duas destas “gigantes” muito próximas uma da outra tem sido extremamente difícil. Agora, um estudo conseguiu dar esse passo: uma equipa internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), apresentou as primeiras provas diretas de um sistema assim na galáxia Markarian 501.

A descoberta foi possível graças a uma rede de radiotelescópios e à análise de dados de alta qualidade em várias frequências, recolhidos ao longo de 23 anos. Nesse conjunto, os investigadores identificaram dois jatos (jets) muito potentes de partículas, a deslocarem-se a velocidades próximas da luz. Um dos jatos aponta na direção da Terra e, por isso, parece mais brilhante; o segundo está orientado de forma diferente e foi bem mais difícil de detetar. A análise de longo prazo revelou ainda que o segundo jato descreve um movimento no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno do buraco negro maior; por ser um padrão cíclico, este comportamento é 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 (curvada) 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 com o observador é praticamente ideal.

De acordo com as estimativas da equipa, os dois buracos negros orbitam-se com um período de cerca de 121 dias, a uma distância de 250–540 unidades astronómicas - relativamente pequena para objetos desta escala. Mantendo-se a dinâmica atual, poderão fundir-se dentro de aproximadamente 100 anos. Uma fusão deste tipo gerará ondas gravitacionais de baixa frequência, que potencialmente poderão ser detetadas por radiotelescópios e projetos como o Pulsar Timing Array (PTA). O 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 particularmente relevante porque, mesmo o Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 apresentou, pela primeira vez, imagens de buracos negros - não tem resolução suficiente para distinguir dois objetos 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», comentou o coautor do estudo Hector Olivares.