Buracos negros supermassivos e a busca por um par em Markarian 501
Buracos negros supermassivos, com massas na faixa de 100 milhões a 1 bilhão de massas solares, seguem entre os objetos mais enigmáticos do Universo. A hipótese mais aceita é que eles cresçam por meio de fusões, mas até agora faltava um registro direto de um par de buracos negros supermassivos em separação muito pequena. Um estudo recente conseguiu preencher essa lacuna: uma equipe internacional liderada por Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), apresentou as primeiras evidências diretas de uma configuração desse tipo na galáxia Markarian 501 (Mrk 501).
23 anos de dados: dois jatos quase à velocidade da luz
Para chegar a esse resultado, os astrónomos recorreram a uma rede de radiotelescópios e a uma análise de dados de alta qualidade em várias frequências, acumulados ao longo de 23 anos. O conjunto de observações revelou 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 mais brilhante. O outro jato tem uma orientação diferente e foi bem mais difícil de identificar. Ao investigar a evolução do sistema no longo prazo, a equipe verificou que esse segundo jato descreve um movimento anti-horário em torno do buraco negro mais massivo. Como o padrão se repete de forma cíclica, a interpretação é de que ele reflete o movimento orbital de uma dupla de buracos negros supermassivos.
Junho de 2022: um anel de Einstein como confirmação
Em junho de 2022, a emissão do sistema assumiu a aparência de um anel de Einstein: a luz associada ao segundo jato foi curvada pelo primeiro buraco negro, formando um círculo quase perfeito. Esse caso de lente gravitacional reforçou a presença de dois buracos negros, uma vez que a geometria do alinhamento entre a dupla e o observador favorece exatamente esse tipo de assinatura.
Órbita de 121 dias, possível fusão em 100 anos e ondas gravitacionais
De acordo com as estimativas dos pesquisadores, os dois buracos negros orbitam um ao outro com um período de cerca de 121 dias, separados por 250–540 unidades astronômicas (UA) - uma distância considerada pequena para objetos com essas massas. Se o comportamento dinâmico atual se mantiver, a dupla pode se fundir em aproximadamente 100 anos.
Uma fusão nessas condições produziria ondas gravitacionais de baixa frequência, potencialmente detetáveis por radiotelescópios em programas como o Pulsar Timing Array (PTA). Por isso, Mrk 501 pode se tornar um alvo crucial para ligar sinais observados do fundo de ondas gravitacionais a um sistema binário supermassivo específico.
Por que os jatos são essenciais (mesmo com o Event Horizon Telescope)
A detecção indireta do par por meio dos jatos de partículas é especialmente valiosa porque, mesmo com os avanços do Event Horizon Telescope - que em 2019 e 2022 apresentou imagens inéditas de buracos negros -, a resolução atual não é suficiente para distinguir visualmente dois objetos separados em Mrk 501. A descoberta abre uma oportunidade rara de investigar a fase final da coalescência de buracos negros supermassivos e de confrontar modelos teóricos sobre a formação e a evolução desses sistemas.
“Se as ondas gravitacionais forem registradas, então poderemos observar como a frequência delas 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”, destacou o coautor do estudo Hector Olivares.
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