Astrônomos detectaram, pela primeira vez, um par de buracos negros supermassivos próximos no centro da galáxia Markarian 501.

Observações de radiotelescópios por 23 anos revelam dois jatos de partículas que indicam o movimento de buracos negros supermassivos em Markarian 501

Os buracos negros supermassivos, com massas que variam de 100 milhões a 1 bilhão de massas solares, continuam entre os objetos mais enigmáticos do Universo. Os cientistas supõem que eles crescem por meio de fusões, mas, até agora, não havia sido possível detectar diretamente um par próximo de buracos negros supermassivos. Em um estudo recente, isso foi alcançado por uma equipe internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR): pela primeira vez, os astrônomos obtiveram evidências diretas da existência de um sistema desse tipo na galáxia Markarian 501.

Usando uma rede de radiotelescópios e analisando dados de alta qualidade em diferentes frequências, reunidos ao longo de 23 anos, a equipe identificou dois jatos de partículas muito intensos, movendo-se quase à velocidade da luz. O primeiro jato está apontado para a Terra e, por isso, parece mais brilhante; o segundo tem outra orientação e foi mais difícil de detectar. A análise de longo prazo mostrou que o segundo jato gira no sentido anti-horário ao redor do buraco negro mais massivo, em um 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 curvada pelo primeiro buraco negro, formando um círculo quase perfeito. Esse efeito de lente gravitacional confirmou a presença de dois buracos negros, já que o sistema está alinhado de maneira ideal em relação ao observador.

Segundo as estimativas dos pesquisadores, os buracos negros orbitam um ao outro com um período de cerca de 121 dias, separados por 250 a 540 unidades astronômicas - uma distância relativamente pequena para objetos desse porte. Mantendo-se a dinâmica atual, eles podem se fundir em aproximadamente 100 anos. Essa fusão produzirá ondas gravitacionais de baixa frequência, que potencialmente poderão ser registradas por radiotelescópios como o Pulsar Timing Array (PTA). Mrk 501 pode se tornar um objeto-chave para associar sinais observados de fundo gravitacional a um sistema binário específico de buracos negros supermassivos.

A detecção indireta do par de buracos negros por meio de jatos de partículas é especialmente importante porque até 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 em Mrk 501. Essa descoberta oferece uma oportunidade única para estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e testar modelos teóricos de sua formação e evolução.

“Se as ondas gravitacionais forem registradas, poderemos observar como a frequência delas aumenta gradualmente à medida que os dois gigantes se aproximam em espiral, oferecendo uma chance rara de ver a fusão de buracos negros supermassivos em tempo real”, afirmou o coautor do estudo, Hector Olivares.