Observações de radiotelescópios durante 23 anos revelam dois jatos de partículas e buracos negros em movimento em Markarian 501 que podem fundir-se em 100 anos

Observações de radiotelescópios durante 23 anos revelam dois jatos de partículas que apontam para o movimento de buracos negros que podem fundir-se em 100 anos

Os buracos negros supermassivos - com massas entre 100 milhões e 1 mil milhão de massas solares - continuam a ser dos objectos mais enigmáticos do Universo. Os cientistas defendem que estes gigantes crescem sobretudo através de fusões, mas, até agora, não tinha sido possível detectar directamente 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, pela primeira vez, obter evidências directas de um sistema deste tipo na galáxia Markarian 501.

Dois jatos quase à velocidade da luz e uma assinatura orbital

Com recurso a uma rede de radiotelescópios e à análise de dados de elevada qualidade em várias frequências, recolhidos ao longo de 23 anos, os investigadores identificaram dois jatos de partículas extremamente energéticos, a deslocarem-se a velocidades próximas da da luz. Um dos jatos está orientado na direcção da Terra, surgindo por isso como o mais brilhante; o segundo tem uma orientação diferente e foi, consequentemente, mais difícil de detectar.

A análise de longa duração indicou ainda que o segundo jato descreve um movimento no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno do buraco negro mais massivo. Como este comportamento se repete de forma cíclica, os autores interpretam-no como um sinal de movimento orbital dentro de um par de buracos negros supermassivos.

O anel de Einstein observado em Junho de 2022

Em Junho de 2022, a emissão do sistema assumiu a forma de um anel de Einstein: a luz associada ao segundo jato foi desviada pelo primeiro buraco negro, produzindo um círculo quase perfeito. Este efeito de lente gravitacional reforçou a presença de dois buracos negros, uma vez que a geometria do sistema está quase idealmente alinhada com a linha de visão do observador.

Período de 121 dias, separação de 250–540 UA e fusão em ~100 anos

Segundo as estimativas da equipa, os dois buracos negros orbitam-se com um período de cerca de 121 dias, a uma distância de 250–540 unidades astronómicas - uma separação relativamente pequena para objectos com estas dimensões. Mantendo-se a dinâmica actual, poderão fundir-se dentro de aproximadamente 100 anos.

Uma fusão deste tipo deverá gerar ondas gravitacionais de baixa frequência, potencialmente detectáveis por radiotelescópios e experiências como o Pulsar Timing Array (PTA). O sistema Mrk 501 pode, assim, tornar-se um alvo crucial para relacionar sinais observados do fundo estocástico de ondas gravitacionais com uma binária supermassiva concreta.

Porque a detecção via jatos é decisiva (e o limite do Event Horizon Telescope)

A identificação indirecta do par através dos jatos de partículas é particularmente relevante porque nem mesmo o Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 apresentou, pela primeira vez, imagens de buracos negros - tem resolução suficiente para visualizar, em Mrk 501, dois objectos distintos.

Este resultado abre uma oportunidade singular para estudar a fase final de coalescência de buracos negros supermassivos e para testar modelos teóricos sobre a 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”, sublinhou o co-autor do estudo, Hector Olivares.