Radiotelescópios: 23 anos mostram dois jatos de partículas em Markarian 501 e buracos negros que podem fundir-se em 100 anos

Observações com radiotelescópios ao longo de 23 anos revelam dois jatos de partículas e apontam para o movimento de buracos negros que poderão fundir-se dentro de 100 anos

Os buracos negros supermassivos - com massas entre 100 milhões e 1 mil milhão de massas solares - continuam a ser alguns dos objectos mais enigmáticos do Universo. Há muito que se admite que crescem através de fusões sucessivas, mas, até agora, não tinha sido possível obter uma deteção directa de um par próximo de buracos negros supermassivos.

Um estudo recente conseguiu ultrapassar essa barreira: uma equipa internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), apresentou pela primeira vez evidências directas de um sistema binário deste tipo na galáxia Markarian 501 (Mrk 501).

O sistema binário em Markarian 501 (Mrk 501)

Para chegar a este resultado, os astrónomos combinaram observações de uma rede de radiotelescópios com uma análise detalhada de dados de alta qualidade, recolhidos em várias frequências ao longo de 23 anos. A continuidade e a diversidade espectral do registo foram essenciais para identificar assinaturas persistentes e repetitivas compatíveis com a presença de dois buracos negros supermassivos em órbita.

Dois jatos de partículas quase à velocidade da luz

A análise revelou dois jatos de partículas extremamente energéticos, a deslocarem-se a velocidades próximas da luz. Um dos jatos está orientado na direcção da Terra, pelo que aparece mais brilhante; o segundo encontra-se apontado de forma diferente e, por isso, foi consideravelmente mais difícil de detectar.

O acompanhamento prolongado mostrou ainda um comportamento dinâmico no segundo jato: ele descreve um movimento no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno do buraco negro mais massivo. O facto de este padrão se repetir de forma cíclica é interpretado como um sinal de movimento orbital num par de buracos negros supermassivos.

Anel de Einstein: lente gravitacional e alinhamento quase perfeito

Em junho de 2022, a emissão do sistema apresentou uma assinatura particularmente marcante, assumindo a forma de um anel de Einstein. Nesse momento, a luz associada ao segundo jato foi encurvada pelo primeiro buraco negro, formando um círculo quase perfeito.

Este episódio de lente gravitacional reforçou a interpretação de que existem dois buracos negros, uma vez que o efeito exige um alinhamento muito favorável entre a fonte, o objecto que actua como lente e o observador.

Órbita de 121 dias e uma possível fusão dentro de 100 anos

Segundo as estimativas dos investigadores, os dois 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 corpos com estas massas.

Se a dinâmica actual se mantiver, a equipa considera plausível que a fusão ocorra aproximadamente dentro de 100 anos. Um evento deste tipo deverá gerar ondas gravitacionais de baixa frequência, potencialmente detectáveis por observações do tipo Pulsar Timing Array (PTA). Neste contexto, Mrk 501 pode tornar-se um alvo decisivo para ligar sinais observados de fundo de ondas gravitacionais a um sistema binário supermassivo específico.

Porque esta deteção indirecta é particularmente importante

A identificação do par através dos jatos de partículas é especialmente relevante porque, mesmo com os avanços do Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 divulgou imagens históricas de buracos negros -, não existe resolução suficiente para visualizar separadamente os dois objectos em Mrk 501.

Assim, este achado abre uma oportunidade rara para estudar a fase final de aproximação e fusão de buracos negros supermassivos, além de permitir testar modelos teóricos sobre a sua formação e evolução.

“Se as ondas gravitacionais forem registadas, então poderemos observar como a sua frequência aumenta gradualmente à medida que os dois gigantes se aproximam em espiral, oferecendo uma oportunidade rara de ver a fusão de buracos negros supermassivos em tempo real”, sublinhou o coautor do estudo Hector Olivares.