Observações de radiotelescópios por 23 anos revelam dois jatos em Markarian 501 e indicam buracos negros que podem se fundir em 100 anos

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

Buracos negros supermassivos, com massas que vão de 100 milhões a 1 bilhão de massas solares, seguem entre os objetos mais enigmáticos do Universo. A hipótese mais aceita é que eles aumentem de tamanho por meio de fusões, mas, até agora, faltavam registros diretos de um par muito próximo de buracos negros supermassivos.

Esse cenário mudou com um estudo recente conduzido por uma equipe internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR). Os astrônomos relatam ter obtido, pela primeira vez, evidências diretas de um sistema binário desse tipo na galáxia Markarian 501 (Mrk 501).

Evidências nos jatos relativísticos em Markarian 501

Para chegar a esse resultado, o grupo combinou observações de uma rede de radiotelescópios com uma análise de alta qualidade em várias frequências, reunida de forma contínua ao longo de 23 anos. Nesse conjunto, foram identificados dois jatos intensos de partículas, avançando a velocidades próximas à da luz.

Um dos jatos está orientado na direção da Terra e, por isso, aparece com maior brilho. O outro jato, apontado em uma direção diferente, foi bem mais difícil de detectar. Ao observar o comportamento do sistema no longo prazo, os pesquisadores notaram que o segundo jato descreve um movimento no sentido anti-horário em torno do buraco negro mais massivo. O fato de esse padrão se repetir em ciclos é compatível com um movimento orbital de um par de buracos negros supermassivos.

Anel de Einstein observado em junho de 2022

Em junho de 2022, a emissão do sistema apresentou a assinatura de um anel de Einstein: a luz associada ao segundo jato foi encurvada pelo primeiro buraco negro, formando um círculo quase perfeito. Esse episódio de lente gravitacional reforçou a interpretação de que existem dois buracos negros no sistema, já que a geometria observada indica um alinhamento muito preciso entre a dupla e o observador.

Órbita, prazo de fusão e ondas gravitacionais

As estimativas do estudo sugerem que os dois buracos negros giram um em torno do outro com período de cerca de 121 dias, separados por 250–540 unidades astronômicas - uma distância relativamente pequena para objetos dessa escala. Mantida a dinâmica atual, a fusão pode ocorrer em aproximadamente 100 anos.

Uma colisão desse tipo deve gerar ondas gravitacionais de baixa frequência, potencialmente detectáveis por iniciativas baseadas em radiotelescópios como o Pulsar Timing Array (PTA). Por isso, Mrk 501 pode se tornar um alvo central para ligar sinais observados do fundo de ondas gravitacionais a um sistema binário supermassivo específico.

Por que isso é importante mesmo com o Event Horizon Telescope

A identificação indireta do par por meio dos jatos é particularmente relevante porque, mesmo com os avanços do Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 divulgou imagens inéditas de buracos negros -, o instrumento não tem resolução suficiente para visualizar dois objetos separados em Mrk 501. Assim, o achado abre uma oportunidade rara de estudar a fase final de uma fusão de buracos negros supermassivos e de confrontar modelos teóricos sobre sua formação e evolução.

“Se as ondas gravitacionais forem registradas, então poderemos observar como sua frequência cresce 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”, destacou o coautor do estudo Hector Olivares.