Dois buracos negros em espiral mortal são registrados em imagem inédita.

A dança complexa de dois buracos negros presos numa órbita condenada foi desvendada numa imagem direta de rádio inédita.

Pela primeira vez, astrónomos conseguiram imagiá-los diretamente ao captar jatos distintos associados a cada um dos buracos negros num sistema binário conhecido - confirmando, enfim, o modelo de duplo núcleo da galáxia chamada OJ 287.

OJ 287 e o binário de buracos negros supermassivos

Situada a cerca de 3,5 mil milhões de anos-luz, a OJ 287 tem o seu comportamento extremo e intricado, causado pela interação entre dois buracos negros supermassivos centrais, acompanhado há décadas. Ainda assim, faltava uma evidência visual inequívoca dos dois objetos ao mesmo tempo - e é exatamente isso que esta imagem fornece.

“Pela primeira vez, conseguimos obter uma imagem de dois buracos negros orbitando um ao outro. Na imagem, os buracos negros são identificados pelos intensos jatos de partículas que emitem”, afirma o astrónomo Mauri Valtonen, da Universidade de Turku, na Finlândia.

Os próprios buracos negros não emitem luz - são literalmente negros -, mas podem ser percebidos indiretamente pelos jatos de partículas ou pelo gás brilhante que se aquece ao seu redor.

Por que um quasar como a OJ 287 brilha tanto

A OJ 287 pertence a uma classe de galáxias chamada quasar, conhecida por incluir alguns dos objetos mais luminosos do Universo. Esse brilho é alimentado pela atividade do buraco negro supermassivo no centro: ele “se alimenta” de um enorme disco de material. À medida que a matéria gira e se aproxima, o atrito e a gravidade elevam a temperatura a níveis extremos, fazendo o gás incandescer.

Mas a OJ 287 não se comporta como a maioria dos quasares. Já em 1982, astrónomos notaram que o brilho variava de forma regular, com periodicidade de 12 anos - um sinal típico da influência de um companheiro em órbita. Nesse caso, trata-se de uma órbita incomum, que periodicamente atravessa o disco, perturbando-o.

“O que torna a OJ 287 especial é que se acredita que ela abrigue não um, mas dois buracos negros orbitando um ao outro num período de doze anos, o que produz um padrão facilmente reconhecível de variações de luz no mesmo intervalo”, explica Valtonen.

Como nascem os jatos astrofísicos perto do horizonte de eventos

Quando um buraco negro está ativamente a acumular matéria, vários fenómenos podem ocorrer. Um dos mais marcantes é a formação de jatos astrofísicos: parte do material da borda mais interna do disco, muito próxima do horizonte de eventos, é desviada ao longo de linhas de campo magnético para fora da região de captura. Ao alcançar as regiões polares, esse material é então expelido para o espaço a velocidades enormes.

Observações anteriores da OJ 287 já tinham mostrado um jato gigantesco vindo do maior dos dois buracos negros, um colosso com cerca de 18 mil milhões de vezes a massa do Sol. O problema era que o jato do segundo buraco negro - bem menor, com aproximadamente 150 milhões de massas solares - continuava a escapar à deteção.

A pista estava num mapa de rádio feito pelo RadioAstron

A OJ 287 foi observada muitas vezes, mas uma das visões mais nítidas veio de um interferômetro de linha de base muito longa: o RadioAstron, que em 2014 combinou observações de antenas em terra com um observatório no espaço.

Com essa configuração, foi obtida uma resolução recorde - suficiente para distinguir estruturas a 3,5 mil milhões de anos-luz, num nível comparável a “ver” uma moeda na superfície da Lua. Os investigadores suspeitavam que, se o jato do buraco negro menor existisse e estivesse visível, ele deveria deixar marcas nos dados do RadioAstron.

Assim, a equipa revisitou o mapa de rádio do quasar e isolou várias estruturas compatíveis com jatos produzidos por um buraco negro em alimentação. Em paralelo, calcularam como o movimento do buraco negro secundário alteraria a direção do seu próprio jato.

Como o buraco negro secundário se desloca muito mais rapidamente em relação ao primário, o seu jato não deveria seguir um traço “reto”: a expectativa era de uma trajetória torcida, semelhante ao jato de água de uma mangueira de jardim quando alguém a gira em círculos.

A correspondência entre teoria e imagem: dois jatos, dois buracos negros

O passo decisivo foi comparar o mapa do RadioAstron e os cálculos da trajetória do jato secundário com modelos anteriores de como um binário de buracos negros deve comportar-se. O resultado mostrou que uma das estruturas no mapa coincide de forma quase perfeita com as previsões teóricas para o jato do buraco negro menor.

Na imagem, o jato principal cruza o núcleo galáctico na diagonal. Já um traço mais fraco e inclinado acompanha a rota prevista para o jato do buraco negro secundário. Além disso, as propriedades de Doppler medidas nos jatos indicam que o jato secundário se move mais devagar - a cerca de metade da velocidade do jato principal.

Com isso, as imagens do RadioAstron, obtidas há quase uma década, tornam-se a primeira evidência em imagem de dois jatos astrofísicos, cada um lançado por um buraco negro supermassivo diferente no mesmo sistema.

O que vem a seguir: confirmação e novas observações

O próximo passo é consolidar a interpretação com novas medições. Um novo mapa de rádio da OJ 287 está a ser construído e pode trazer sinais adicionais sobre como esses jatos evoluem e se reorganizam ao longo do tempo.

Ainda assim, para observações mais conclusivas, talvez seja necessário aguardar até a década de 2030, quando o jato secundário deve voltar a ficar claramente visível.

Um detalhe importante sobre a técnica e o impacto do resultado

A interferometria de linha de base muito longa é especialmente poderosa porque “sintetiza” um telescópio do tamanho da distância entre antenas, aumentando a capacidade de separar detalhes finos no céu. No caso de sistemas como a OJ 287, isso é crucial para distinguir estruturas próximas do núcleo ativo, onde os jatos nascem e onde a dinâmica orbital pode deixar assinaturas geométricas subtis.

Além de resolver um debate antigo sobre a OJ 287, a identificação de dois jatos num sistema binário ajuda a refinar modelos sobre acreção, campos magnéticos e alinhamento de jatos em ambientes extremos - pontos essenciais para entender como buracos negros crescem e moldam as suas galáxias hospedeiras.

A pesquisa da equipa foi publicada no Jornal Astrofísico.