Pela primeira vez, astrônomos registraram um par próximo de buracos negros supermassivos no centro da galáxia Markarian 501.

Наблюдения радиотелескопов за 23 года показали два джета частиц, указывающие на движение чёрных дыр, которые могут слиться через 100 лет

Por mais que buracos negros supermassivos já estejam no centro de muitas galáxias conhecidas, flagrar dois deles em plena “dança” orbital, bem próximos um do outro, ainda era algo que escapava às observações diretas. Esses gigantes - com massas entre 100 milhões e 1 bilhão de vezes a do Sol - são vistos como peças-chave para entender como crescem, possivelmente por meio de fusões sucessivas.

Agora, um estudo conseguiu avançar exatamente nesse ponto: uma equipe internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto de Radioastronomia Max Planck (MPIfR), apresentou as primeiras evidências diretas de um par próximo de buracos negros supermassivos na galáxia Markarian 501.

Usando uma rede de radiotelescópios e examinando dados de alta qualidade em várias frequências, coletados ao longo de 23 anos, o grupo identificou dois jatos (jets) intensos de partículas viajando a velocidades próximas à da luz. Um deles aponta para a Terra e, por isso, aparece mais brilhante; o outro está orientado de forma diferente e foi bem mais difícil de detectar. A análise de longo prazo indicou que esse segundo jato se move no sentido anti-horário ao redor do buraco negro mais massivo, em um padrão cíclico - um indício claro do movimento orbital de uma dupla 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. Esse efeito de lente gravitacional reforçou a presença de dois buracos negros, já que o alinhamento do sistema em relação ao observador é extremamente favorável.

Segundo as estimativas dos pesquisadores, os buracos negros completam uma órbita um em torno do outro em cerca de 121 dias, a uma separação de 250–540 unidades astronômicas (UA) - relativamente pequena para objetos desse porte. Se a dinâmica atual se mantiver, eles podem se fundir em aproximadamente 100 anos. Essa fusão deve gerar ondas gravitacionais de baixa frequência, que potencialmente podem ser detectadas por radiotelescópios e projetos como o Pulsar Timing Array (PTA). A Mrk 501 pode se tornar um alvo central para ligar sinais observados de um “fundo” de ondas gravitacionais a um sistema binário supermassivo específico.

A detecção indireta do par por meio dos jatos de partículas é especialmente relevante porque nem mesmo o Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 divulgou imagens históricas de buracos negros - tem resolução suficiente para visualizar dois objetos separados em Mrk 501. A descoberta abre uma chance rara de estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e de colocar à prova modelos teóricos sobre sua formação e evolução.

“Se as ondas gravitacionais forem registradas, poderemos acompanhar como a frequência delas aumenta gradualmente à medida que os dois gigantes espiralam um em direção ao outro, oferecendo uma oportunidade rara de observar a fusão de buracos negros supermassivos em tempo real”, afirmou o coautor do estudo Hector Olivares.