Radiotelescópios por 23 anos revelam dois jatos e buracos negros em Markarian 501 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, capazes de 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. Pesquisadores defendem que eles aumentam de tamanho principalmente por meio de fusões, mas, até agora, faltava uma detecção direta de um par supermassivo em separação pequena. Em um estudo recente, uma equipe internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), apresentou pela primeira vez evidências diretas de uma configuração desse tipo na galáxia Markarian 501.

Evidências em Markarian 501 (Mrk 501) a partir de dois jatos

A partir de uma rede de radiotelescópios e da análise de dados de alta qualidade em diferentes frequências, acumulados por 23 anos, o grupo identificou dois jatos de partículas intensos, movendo-se quase à velocidade da luz. Um deles está orientado na direção da Terra e, por isso, aparece mais brilhante; o outro tem um alinhamento diferente e se mostrou bem mais difícil de detectar.

Ao acompanhar o comportamento por longo período, os astrônomos concluíram que o segundo jato descreve um movimento no sentido anti-horário ao redor do buraco negro mais massivo. Como esse padrão se repete em ciclos, o resultado é consistente com uma dinâmica orbital: dois buracos negros supermassivos em um sistema binário.

Anel de Einstein em junho de 2022 e lente gravitacional

Em junho de 2022, a emissão do sistema assumiu a configuração de um anel de Einstein: a luz associada ao segundo jato foi desviada pela gravidade do primeiro buraco negro, formando um círculo quase perfeito. Esse efeito de lente gravitacional reforçou a interpretação de que há dois buracos negros, já que o par está alinhado de forma especialmente favorável em relação ao observador.

Órbita, possibilidade de fusão em 100 anos e ondas gravitacionais (PTA)

Segundo as estimativas dos autores, os dois buracos negros orbitam um ao outro com um período de cerca de 121 dias, separados por 250–540 unidades astronômicas - uma distância considerada pequena para objetos dessa escala. Mantida a dinâmica atual, eles podem se fundir em aproximadamente 100 anos.

Uma fusão assim deve produzir ondas gravitacionais de baixa frequência, potencialmente detectáveis por radiotelescópios que operam com técnicas como o Pulsar Timing Array (PTA). Por isso, Mrk 501 pode se tornar um alvo-chave para conectar sinais observados de um fundo de ondas gravitacionais a um sistema binário supermassivo específico.

Por que os jatos são decisivos mesmo com o Event Horizon Telescope

A identificação indireta do par por meio dos jatos é particularmente relevante porque, mesmo com o Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 apresentou imagens de buracos negros -, não há resolução suficiente para visualizar dois objetos separados em Mrk 501. O achado, assim, abre uma oportunidade singular para investigar a etapa final da fusão de buracos negros supermassivos e testar modelos teóricos sobre sua formação e evolução.

“Se as ondas gravitacionais forem registradas, então poderemos observar como a frequência delas 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”, afirmou o coautor do estudo Hector Olivares.