Nas profundezas da constelação do Cancro, a uma distância de 3,5 a 5 mil milhões de anos-luz da Terra, uma violenta dança cósmica tem ocorrido na escuridão. Um buraco negro supermassivo, com um peso equivalente a 18 mil milhões de sóis, encontra-se no centro de um quasar conhecido como OJ287. A cada doze anos, um buraco negro companheiro mais pequeno, pesando apenas 150 milhões de massas solares, atravessa o disco de gás e poeira em queda que rodeia o objeto maior. Esta colisão desencadeia erupções massivas de luz, fazendo o sistema brilhar até quatro vezes mais do que o normal durante cerca de dois dias.
Durante décadas, os astrónomos suspeitaram da existência desta parceria extrema. Agora, finalmente, têm a imagem para prová-lo. Uma equipa internacional de investigadores produziu com sucesso a primeira fotografia de rádio que mostra dois buracos negros supermassivos a orbitar um o outro.
Capturar esta imagem exigiu um instrumento de escala inimaginável. Enquanto a famosa rede Event Horizon Telescope já tinha conseguido fotografar buracos negros individuais em 2019 e 2022, faltava-lhe a nitidez necessária para separar um par binário. O observatório TESS da NASA também tinha detetado luz do sistema OJ287, mas as suas câmaras eram demasiado grosseiras para distinguir dois objetos separados.
Para resolver este problema, os cientistas ligaram instalações de rádio terrestres com o telescópio espacial russo RadioAstron. Como o RadioAstron orbitava a cerca de 360.000 quilómetros do nosso planeta, aproximadamente à distância da Lua, a rede combinada funcionou como uma única câmara que abrangia a distância Terra-Lua. Esta configuração alcançou um nível de detalhe aproximadamente 100.000 vezes mais nítido do que os observatórios óticos tradicionais, como o Telescópio Espacial Hubble.
Como os buracos negros aprisionam toda a luz, os objetos em si permanecem completamente invisíveis. Em vez disso, a nova fotografia revela-os através dos intensos jatos de partículas energéticas que eles lançam para o espaço. Mauri Valtonen, investigador da Universidade de Turku, na Finlândia, e autor principal do estudo publicado no The Astrophysical Journal, explicou a descoberta.
"Pela primeira vez, conseguimos obter uma imagem de dois buracos negros a orbitar um o outro", disse Valtonen. "Nesta imagem, os buracos negros são identificados pelos intensos jatos de partículas que emitem. Os buracos negros em si são perfeitamente negros, mas podem ser detetados por estes jatos de partículas ou pelo gás brilhante que os rodeia."
A imagem revela um detalhe impressionante sobre o buraco negro mais pequeno. À medida que ele se move rapidamente em torno do seu parceiro massivo, o seu movimento rápido torce o seu jato de partículas numa forma espiral que se assemelha a uma mangueira enrolada. Os cientistas preveem que esta "cauda abanante" irá, de facto, reverter a sua direção de rotação nos próximos anos, à medida que o objeto mais pequeno muda a sua velocidade e trajetória.
A jornada até esta fotografia abrange mais de um século. Os astrónomos capturaram inadvertidamente o OJ287 em placas fotográficas desde o século XIX, muito antes de alguém compreender o que era um quasar. O sistema pertence a uma categoria chamada blazares, o que significa que a sua intensa radiação aponta quase diretamente para o nosso sistema solar.
"O quasar OJ287 é tão brilhante que pode ser detetado até por astrónomos amadores com telescópios privados", observou Valtonen. "O que é especial sobre o OJ287 é que se pensa que ele abriga não um, mas dois buracos negros a circular um o outro numa órbita de doze anos, o que produz um padrão facilmente reconhecível de variações de luz no mesmo período."
A verdadeira natureza do OJ287 permaneceu oculta até 1982. Nesse ano, Aimo Sillanpää, um estudante de mestrado na Universidade de Turku, notou que o brilho do sistema aumentava num ciclo fiável. Ele propôs que um par de buracos negros em órbita poderia causar os flashes regulares. Como o plano orbital é inclinado e distorcido pela gravidade relativista extrema, o buraco negro mais pequeno atravessa o disco em intervalos irregulares que variam de um a dez anos.
A complexa matemática desta órbita intrigou os especialistas durante décadas. Finalmente, por volta de 2021, Lankeswar Dey, um investigador de pós-graduação de Mumbai a trabalhar na Universidade de Turku, mapeou com sucesso a mecânica orbital exata.
Esta nova imagem de rádio põe fim a um debate de quarenta anos sobre se os buracos negros supermassivos em par realmente existem na natureza. A comunidade científica observou o OJ287 atentamente durante gerações, esperando que a tecnologia acompanhasse a teoria. Agora, ao transformar o espaço entre a Terra e a Lua numa lente gigante, a humanidade observou finalmente estes dois gigantes cósmicos a dançar.