Uma equipe internacional de pesquisa científica liderada pelo Instituto Max Planck de Radioastronomia na Alemanha anunciou que obteve a primeira evidência direta de um par de buracos negros supermassivos em órbita próxima na galáxia ativa de Hércules, Markarian 501 (Mrk 501), a centenas de milhões de anos-luz de distância da Terra. A pesquisa mostra que o par de buracos negros é exposto através de dois jatos de alta energia. A distância entre eles equivale apenas a 250 a 540 distâncias Sol-Terra. A massa total pode atingir centenas de milhões ou até bilhões de sóis. Teoricamente, eles podem se fundir em cerca de 100 anos e produzir ondas gravitacionais detectáveis de baixa frequência.
As observações e teorias atuais geralmente acreditam que existe um buraco negro supermassivo à espreita no centro de quase todas as grandes galáxias, com uma massa que varia de milhões a bilhões de sóis. No entanto, a forma como estes gigantes crescem rapidamente na escala de tempo cósmica continua a ser um mistério importante não resolvido na astrofísica. É difícil explicar o seu crescimento em massa apenas pela acumulação lenta de gás circundante, por isso os investigadores sempre suspeitaram que as fusões entre buracos negros de grande escala desempenham um papel importante. Como as colisões de galáxias são bastante comuns no universo, é considerado um processo inevitável que os buracos negros centrais se aproximem gradualmente uns dos outros sob a influência da gravidade e formem um sistema binário de buracos negros. No entanto, até esta observação, a comunidade astronómica não tinha identificado claramente um par de buracos negros supermassivos no estágio final compacto.
O estudo teve como alvo Mrk 501, uma classe bem conhecida de galáxias blazar cujo buraco negro central é conhecido há muito tempo e é famoso por um jato relativístico apontado quase para a Terra. Para investigar profundamente o núcleo da galáxia, a equipa compilou e analisou dados de observação de rádio de alta resolução abrangendo cerca de 23 anos e em múltiplas bandas de frequência de dezenas de missões de observação, com uma resolução suficientemente alta para acompanhar a evolução de estruturas finas nos jactos ao longo do tempo. Para surpresa dos pesquisadores, além do conhecido jato principal indo em direção à Terra, eles identificaram um segundo jato próximo ao núcleo.
Silke Britzen, a primeira autora do artigo, destacou que esta é a primeira vez que a estrutura deste tipo de sistema foi claramente visualizada no núcleo de uma galáxia, fornecendo fortes evidências diretas de um segundo buraco negro supermassivo. Nas imagens, a equipe marcou pontos brilhantes no jato por meio de contornos de igual intensidade e ajuste de modelo, e comparou o deslocamento e as mudanças morfológicas dessas estruturas entre diferentes dias de observação para rastrear o movimento do jato. Os resultados mostraram que o jacto anteriormente conhecido (rotulado "Jet 1") estava claramente apontado para a Terra, enquanto o recém-descoberto "Jet 2" apontava numa direcção diferente, mudando significativamente em apenas algumas semanas, com os pontos de partida dos dois jactos extremamente próximos no centro da galáxia.
Para os astrónomos, o Jet 1 parece invulgarmente brilhante porque se dirige quase directamente na nossa direcção e tem sido um exemplo clássico de jactos relativísticos durante muitos anos. Em contraste, o Jet 2 está orientado para longe da linha de visão e há muito tempo é difícil de resolver a partir da complexa estrutura de rádio. Nos dados mais recentes, os pesquisadores descobriram que este segundo jato parece “espreitar” por trás do buraco negro mais massivo e se move em torno dele no sentido anti-horário, formando mudanças geométricas periódicas e mudanças de brilho. Blitzen descreveu o processo de análise de dados como “como estar em um navio e observar todo o sistema de jato balançando”. Somente introduzindo um sistema duplo de buraco negro e permitindo que seu plano orbital oscile é que esta série de fenômenos dinâmicos pode ser razoavelmente explicada.
Ainda mais dramaticamente, durante uma observação em junho de 2022, o caminho da radiação do sistema foi severamente distorcido, criando uma característica semelhante a um “anel de Einstein” na imagem. A equipe de pesquisa acredita que naquela época o sistema estava quase perfeitamente alinhado com a linha de visão da Terra. O buraco negro maior em primeiro plano curvou a luz do jato de fundo como uma lente, fazendo-o parecer em forma de anel para nós. Este é um típico efeito de lente gravitacional forte. Este fenômeno raro apoia ainda mais a estrutura explicativa de “buracos negros duplos + jatos duplos + lentes gravitacionais”.
Ao analisar mudanças de brilho de longo prazo e mudanças periódicas na morfologia do jato, a equipe de pesquisa inferiu que o par de buracos negros supermassivos orbitam um ao outro com um período de cerca de 121 dias. Sua distância é equivalente a 250 a 540 distâncias médias Terra-Sol, ou cerca de 2,32 a 5,02 bilhões de milhas (cerca de 37,4 a 80,8 bilhões de quilômetros), uma distância orbital extremamente próxima para objetos com massas entre 100 milhões e um bilhão de sóis. De acordo com cálculos de modelos de diferentes combinações de massa, o par de buracos negros pode perder ainda mais energia orbital e eventualmente fundir-se em apenas cem anos ou mais, tornando-se um raro candidato à fusão de buracos negros supermassivos "quase em tempo real" na história da astronomia.
No entanto, como Mrk 501 está tão longe da Terra, mesmo as instalações mais avançadas, como o Event Horizon Telescope (EHT), têm dificuldade em resolver completamente os dois buracos negros em pontos de luz independentes no céu. Em outras palavras, os astrônomos não conseguem visualizar diretamente todo o processo do par de buracos negros se aproximando e se fundindo como fizeram ao tirar a primeira foto do buraco negro. Eles só podem confiar na evolução da estrutura do jato e no comportamento geral do brilho para rastrear indiretamente sua contração orbital.
No entanto, os investigadores prevêem que, à medida que os buracos negros gémeos continuam a espiralar mais próximos um do outro, libertarão ondas gravitacionais de frequência extremamente baixa, que deverão ser detectadas pelo Pulsar Timing Array (PTA). Nos últimos anos, os resultados divulgados por vários projetos de cooperação, como o European Pulsar Timing Array, mostraram que um fundo de ondas gravitacionais formado pela superposição de muitos binários de buracos negros supermassivos foi inicialmente detectado, e o sistema binário de buracos negros supermassivos é considerado como a fonte dominante deste fundo. Mrk 501 foi confirmado como candidato a um buraco negro binário próximo desta vez, tornando-o um dos melhores alvos para unificar sinais PTA com sistemas celestes específicos no futuro.
Héctor Olivares, coautor do artigo, destacou que se um sinal claro de onda gravitacional puder ser capturado neste sistema no futuro, e sua frequência aumentar constantemente com o tempo, haverá uma oportunidade de “testemunhar” todo o processo de fusão de um buraco negro supermassivo dentro da escala de tempo de observação humana. Isto não só se tornará um marco na astronomia das ondas gravitacionais, mas também proporcionará um laboratório sem precedentes para testar a aplicabilidade da relatividade geral sob campos gravitacionais extremamente fortes e compreender o mecanismo de crescimento dos buracos negros nos centros das galáxias.
A pesquisa relevante foi publicada nos "Avisos Mensais da Royal Astronomical Society" em 27 de março de 2026 na forma de um artigo intitulado "Detecção de um segundo jato dentro do núcleo nuclear de Mrk 501". Como um trabalho que alcançou avanços em interferometria de rádio, análise de sequências de longo prazo e interpretação de lentes gravitacionais, esta descoberta é considerada como fornecendo evidências importantes para a compreensão de como os buracos negros supermassivos alcançam um "crescimento saltitante" através de fusões, e também aponta o caminho para futuras observações de ondas gravitacionais para localizar a fonte específica.