Radiotelescópios revelam dois jatos de partículas de buracos negros que podem fundir-se em 100 anos

Observações de radiotelescópios durante 23 anos revelam dois jatos de partículas que indicam o movimento de buracos negros, com possível fusão dentro de 100 anos

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

Dois jatos de partículas na Markarian 501

Com recurso a uma rede de radiotelescópios e a dados de elevada qualidade, recolhidos em várias frequências ao longo de 23 anos, a equipa identificou dois potentes jatos de partículas que se deslocam 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 revelou-se mais difícil de detetar. A análise prolongada mostrou que o segundo jato se move no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno do buraco negro maior. Como este processo é cíclico, 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, formando um círculo quase perfeito. Este efeito de lente gravitacional confirmou a presença de dois buracos negros, uma vez que o sistema está perfeitamente alinhado em relação ao observador.

Órbita de 121 dias e uma fusão em cerca de 100 anos

Segundo as estimativas dos investigadores, os buracos negros orbitam um em torno do outro com um período de aproximadamente 121 dias, a uma distância de 250–540 unidades astronómicas - uma separação relativamente pequena para objetos desta dimensão. Se a dinâmica atual se mantiver, poderão fundir-se dentro de cerca de 100 anos. Essa fusão produzirá ondas gravitacionais de baixa frequência, que poderão vir a ser detetadas por radiotelescópios como o Pulsar Timing Array (PTA). A Mrk 501 poderá tornar-se um objeto essencial para associar os sinais observados da radiação gravitacional de fundo a um sistema binário supermassivo específico.

A deteção indireta do par de buracos negros através dos jatos de partículas é particularmente relevante, pois até o Event Horizon Telescope, que apresentou pela primeira vez imagens de buracos negros em 2019 e 2022, não tem resolução suficiente para visualizar os dois objetos na Mrk 501. A descoberta proporciona uma oportunidade única para estudar a fase final da fusão de buracos negros supermassivos e para testar modelos teóricos sobre a sua formação e evolução.

“Se forem registadas ondas gravitacionais, poderemos observar a sua frequência a aumentar gradualmente à medida que os dois gigantes se aproximam em espiral, proporcionando uma oportunidade rara de assistir à fusão de buracos negros supermassivos em tempo real”, afirmou o coautor do estudo Hector Olivares.