Astrónomos detetaram pela primeira vez um par de buracos negros supermassivos muito próximos 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 poderão fundir-se dentro de 100 anos

Os buracos negros supermassivos, com massas que variam entre 100 milhões e 1 mil milhão de massas solares, continuam a ser alguns dos objetos mais enigmáticos do Universo. Os cientistas consideram que crescem através de fusões, mas, até agora, não tinha sido possível detetar diretamente uma dupla próxima de buracos negros supermassivos. Num estudo recente, isso foi conseguido por uma equipa internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR): os astrónomos obtiveram, pela primeira vez, provas diretas da existência de um sistema deste tipo na galáxia Markarian 501.

Ao recorrer a uma rede de radiotelescópios e ao analisar dados de elevada qualidade em diferentes frequências, recolhidos ao longo de 23 anos, a equipa identificou dois jatos poderosos de partículas a moverem-se quase à velocidade da luz. O primeiro jato está apontado para a Terra e por isso parece mais brilhante; o segundo tem uma orientação diferente e era mais difícil de detetar. A análise de longo prazo mostrou que o segundo jato se desloca no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno de um buraco negro maior, num processo cíclico, o 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, criando quase um círculo perfeito. Esta lente gravitacional confirmou a presença de dois buracos negros, já que o sistema está alinhado de forma ideal em relação ao observador.

De acordo com as estimativas dos investigadores, os buracos negros orbitam um em torno do outro com um período de cerca de 121 dias, separados por 250–540 unidades astronómicas - uma distância relativamente pequena para objetos desta escala. Mantendo-se a dinâmica atual, poderão fundir-se daqui a cerca de 100 anos. Uma fusão deste tipo gerará ondas gravitacionais de baixa frequência, que poderão ser detetadas por radiotelescópios, como o Pulsar Timing Array (PTA). Mrk 501 poderá tornar-se um objeto-chave para associar sinais observados de radiação de fundo gravitacional a um sistema binário específico de buracos negros supermassivos.

A deteção indireta de um par de buracos negros através de jatos de partículas é especialmente importante, 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 em Mrk 501. Esta descoberta oferece uma oportunidade única para estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e testar modelos teóricos da sua formação e evolução.

“Se as ondas gravitacionais forem registadas, poderemos observar como a 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.