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

Observações de radiotelescópios ao longo de 23 anos revelaram dois jatos de partículas que indicam o movimento de buracos negros, os quais podem se fundir em cerca de 100 anos

Os buracos negros supermassivos, com massas que variam de 100 milhões a 1 bilhão de vezes a massa do Sol, continuam entre os objetos mais enigmáticos do Universo. Os cientistas acreditam que eles crescem por meio de fusões, mas até agora ainda não havia sido possível registrar diretamente um par próximo de buracos negros supermassivos. Em um estudo recente, uma equipe internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), conseguiu isso pela primeira vez: os astrônomos obtiveram evidências diretas da existência desse tipo de 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 intensos de partículas se movendo quase à velocidade da luz. O primeiro jato está apontado para a Terra e, por isso, aparece mais brilhante; o segundo está orientado de outra forma e foi mais difícil de detectar. A análise de longo prazo mostrou que esse segundo jato se desloca no sentido anti-horário em torno do buraco negro maior, em um processo cíclico, o que aponta para 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 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 aproximadamente 121 dias, a uma distância entre 250 e 540 unidades astronômicas - algo relativamente pequeno para objetos desse porte. Se a dinâmica atual se mantiver, eles poderão se fundir em cerca de 100 anos. Essa fusão produzirá ondas gravitacionais de baixa frequência, que possivelmente poderão ser detectadas por radiotelescópios como os do Pulsar Timing Array (PTA). A Mrk 501 pode se tornar um objeto-chave para relacionar os sinais observados no fundo gravitacional com um sistema binário supermassivo específico.

A detecção indireta desse par de buracos negros por meio dos jatos de partículas é especialmente relevante, porque até mesmo o Event Horizon Telescope, que em 2019 e 2022 apresentou pela primeira vez imagens de buracos negros, não tem resolução suficiente para visualizar separadamente os dois objetos em Mrk 501. A descoberta oferece uma oportunidade única de estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e de testar modelos teóricos sobre 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 chance de acompanhar a fusão de buracos negros supermassivos em tempo real”, destacou o coautor do estudo Hector Olivares.