Astrônomos registraram, pela primeira vez, 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

Buracos negros supermassivos - com massas entre 100 milhões e 1 bilhão de sóis - seguem entre os objetos mais enigmáticos do Universo. Há anos, a ideia dominante é que eles crescem sobretudo por fusões, mas faltava o tipo de evidência direta mais difícil: ver um par realmente próximo no coração de uma galáxia.

Agora, esse cenário ganhou um registro inédito. Em um estudo recente, uma equipe internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), apresentou as primeiras provas diretas da existência de uma dupla tão compacta na galáxia Markarian 501 (Mrk 501), a partir de uma combinação de observações e análise de longo prazo.

Usando uma rede de radiotelescópios e examinando dados de alta qualidade em diferentes frequências coletados ao longo de 23 anos, o grupo identificou dois jatos (jets) de partículas muito energéticos, movendo-se a velocidades próximas à da luz. O primeiro jato está apontado em direção à Terra e, por isso, aparece mais brilhante; o segundo tem outra orientação e foi bem mais difícil de detectar. A análise prolongada revelou que esse segundo jato gira no sentido anti-horário ao redor do buraco negro maior, em um comportamento cíclico - um sinal 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 pelo primeiro buraco negro, formando um círculo quase perfeito. Esse efeito de lente gravitacional reforçou a presença de dois buracos negros, já que o sistema está alinhado de forma ideal em relação ao observador.

Segundo as estimativas dos pesquisadores, os buracos negros orbitam um ao outro com período de cerca de 121 dias, a uma distância de 250–540 unidades astronômicas - 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, potencialmente detectáveis por radiotelescópios em projetos como o Pulsar Timing Array (PTA). A Mrk 501 pode virar um alvo-chave para conectar sinais observados do 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 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 separados em Mrk 501. A descoberta abre uma oportunidade única para investigar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e testar modelos teóricos sobre sua formação e evolução.

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