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

Observações de radiotelescópios ao longo de 23 anos revelam dois jatos de partículas que indicam o movimento de buracos negros que podem se fundir em 100 anos

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, ainda 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): os astrônomos obtiveram, pela primeira vez, evidências diretas da existência de tal sistema 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 potentes de partículas que se movem quase à velocidade da luz. O primeiro jato está apontado para a Terra e parece mais brilhante; o segundo está orientado de outra forma e foi mais difícil de detectar. A análise de longo prazo mostrou que o segundo jato gira no sentido anti-horário ao redor de um buraco negro mais massivo, em um processo cíclico que indica 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 distorcida pelo primeiro buraco negro, criando quase um círculo perfeito. Esse efeito de lente gravitacional confirmou a presença de dois buracos negros, já que o sistema está perfeitamente alinhado em relação ao observador.

Segundo as estimativas dos pesquisadores, os buracos negros orbitam um ao outro com um período de cerca de 121 dias, a uma distância de 250–540 unidades astronômicas - relativamente pequena para objetos desse porte. Se a dinâmica atual for mantida, eles poderão se fundir em aproximadamente 100 anos. Essa fusão gerará ondas gravitacionais de baixa frequência, que potencialmente poderão ser detectadas por radiotelescópios como o Pulsar Timing Array (PTA). Mrk 501 pode se tornar um objeto-chave para associar os 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, já que nem mesmo o Event Horizon Telescope, que em 2019 e 2022 mostrou pela primeira vez imagens de buracos negros, possui resolução para visualizar dois objetos em Mrk 501. Essa descoberta oferece uma oportunidade única de estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e de testar modelos teóricos de sua formação e evolução.

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