Buracos negros supermassivos vão colidir em 100 anos? Conferimos os cálculos

Dois buracos negros colidindo

O que ocorre quando dois buracos negros supermassivos colidem? Ninguém nunca viu isso. Buracos negros menores, de algumas a mais de cem massas solares, são vistos colidindo regularmente. Desde 2015, detectores de ondas gravitacionais registraram mais de duzentas colisões prováveis.

Uma onda gravitacional é uma ondulação no espaço, produzida por objetos muito massivos em órbita. Os gigantes no centro da maioria das grandes galáxias são outra história. Podem pesar até dezenas de bilhões de massas solares. Em abril de 2026, uma equipe de Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn, anunciou um par candidato muito próximo.

A galáxia se chama Markarian cinco zero um. O comunicado dizia que os dois buracos negros "poderiam se fundir em apenas cem anos", dependendo de suas massas reais. O título da Sociedade Max Planck terminava em ponto de interrogação: "Primeiro par próximo de buracos negros supermassivos detectado?" É disso que trata este vídeo.

A parte tranquila: a galáxia fica a mais de quatrocentos e quarenta milhões de anos-luz. Ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano: cerca de nove trilhões e quinhentos bilhões de quilômetros. Nada de lá pode atingir a Terra. Por que dois buracos negros gigantes se juntariam?

O que os astrônomos realmente viram? De onde vêm os "cem anos", e esse número se sustenta? Se se fundirem, alguém perceberia? Lemos o artigo, refizemos cálculos e mostraremos de onde vem cada número.

Galáxias colidem, e seus buracos negros também devem colidir

Comecemos pelos gigantes. Um buraco negro supermassivo vai de cerca de cem mil a dezenas de bilhões de massas solares. Galáxias se atraem, colidem e aos poucos viram uma só. Quando duas galáxias se fundem, cada uma traz seu buraco negro central.

Esses buracos negros acabam se encontrando. Aqui há uma fusão registrada durante o processo. Esta é ene gê cê seis dois quatro zero, a cerca de quatrocentos milhões de anos-luz. No brilho emaranhado há dois buracos negros supermassivos separados por cerca de três mil anos-luz.

Um par mais compacto foi encontrado na galáxia 0402+379. Astrônomos medem essas distâncias em parsecs. Um parsec equivale a cerca de três vírgula três anos-luz. Em zero quatro zero dois mais três sete nove, os buracos negros estão a cerca de sete parsecs, aproximadamente vinte e três anos-luz. Juntos, pesam cerca de quinze bilhões de massas solares; cada órbita leva cerca de trinta mil anos.

Ela fica a cerca de setecentos e cinquenta milhões de anos-luz, e em 2017 astrônomos relataram sinais de que giram um ao redor do outro. O astrônomo Roger Romani disse que ficaria feliz em encontrar sistema com órbita "em poucas décadas". Ainda não vimos a última etapa: um par prestes a se fundir. Há motivo para essa etapa ser tão difícil de detectar.

O problema do parsec final para buracos negros

Em 1980, Mitchell Begelman, Roger Blandford e Martin Rees publicaram um artigo curto na Nature. Perguntaram o que ocorreria se uma galáxia ativa abrigasse dois buracos negros massivos em órbita. Uma galáxia ativa tem buraco negro central que se alimenta e brilha intensamente. Sugeriram que isso explicaria jatos de rádio curvos ou em precessão.

Um jato é feixe estreito de gás quente e eletricamente carregado, expelido perto do buraco negro quase à velocidade da luz. Precessão é oscilar como um pião, com eixo traçando lentamente um círculo. Também disseram que efeitos diretos da órbita poderiam testar a ideia. No início, cada buraco negro afunda rumo ao centro por atrito dinâmico.

É o arrasto sentido por objeto pesado quando sua gravidade puxa um grupo de estrelas. Quando formam um par ligado, se aproximam expulsando estrelas. Uma estrela que passa perto do par é lançada como pedra de estilingue. Cada estrela leva energia orbital do par e o faz encolher.

Imagine dois patinadores de mãos dadas lançando bolas pesadas. Cada lançamento os aproxima. Nos modelos simples, com galáxia redonda e estrelas sem colisões, logo acabam as estrelas nas órbitas certas. A teoria previa que o par pararia a cerca de um parsec. Ondas gravitacionais também tirariam energia, mas seriam fracas demais nessa distância.

Encolher a órbita só com ondas gravitacionais levaria mais que a idade do Universo. É o problema do último parsec, título de artigo de 2003 de Milos Milosavljevic e David Merritt. Propuseram-se várias soluções. Uma diz que galáxias reais não são perfeitamente redondas.

Numa galáxia achatada, chamada triaxial, estrelas continuam caindo em novas órbitas rumo ao centro. Um estudo de 2015 concluiu que isso pode resolver o problema, com fusões em cerca de um bilhão de anos ou menos. Outra ideia traz um terceiro buraco negro numa fusão posterior, capaz de sacudir e aproximar o par. Uma terceira ideia, de 2024, envolve matéria escura.

Matéria escura é a massa invisível que mantém galáxias unidas. Só a detectamos pela gravidade. Se partículas de matéria escura puderem colidir, aglomerado denso ao redor dos buracos negros se repõe e o arrasto continua. Nesse modelo, par com componente principal de cerca de três bilhões de massas solares poderia se fundir em aproximadamente cem milhões a um bilhão de anos. Mas seus defensores observam que dados atuais não distinguem esse efeito do produzido por estrelas e gás.

O problema do último parsec tem soluções candidatas, mas ninguém sabe qual funciona em galáxias reais. Um par confirmado bem dentro do último parsec seria forte evidência de que a natureza supera essa barreira.

Markarian 501, um velho suspeito

Markarian cinco zero um é um blazar. Um blazar é uma galáxia ativa com jato quase apontado para nós, por isso parece extremamente brilhante. Ele brilha em raios gama de energia muito alta, por isso é chamado de blazar TeV. É um dos blazares mais próximos conhecidos, com redshift de zero vírgula zero trinta e quatro.

Redshift mede quanto a expansão do Universo esticou a luz até nós. Números pequenos indicam objeto próximo. Ele fica na constelação de Hércules. Astrônomos já suspeitavam que escondesse dois buracos negros. Em dois mil, Frank Rieger e Karl Mannheim notaram um ritmo de aproximadamente vinte e três dias em explosões de raios xis e raios gama numa explosão de mil novecentos e noventa e sete.

Eles propuseram um sistema binário com órbita de cerca de seis a catorze anos. Era um modelo diferente, com números diferentes do que está nas notícias hoje. Em dois mil e vinte e três, a equipe de Silke Britzen analisou vinte e três anos de imagens de rádio de Markarian cinco zero um. As imagens vieram do Very Long Baseline Array, dez antenas idênticas de vinte e cinco metros, do Havaí às Ilhas Virgens Americanas.

Os sinais são registrados em cada local e combinados depois, como um telescópio de cerca de oito mil quilômetros de largura. Essa distância entre antenas revela detalhes muito mais finos que qualquer antena individual. Eles descobriram que os jatos interno e externo, maior, apontam em direções separadas por cerca de noventa graus. As estruturas do jato também se deslocavam de lado, em ângulos retos ao jato.

O artigo não afirmou um sistema binário; listou base de jato oscilante e binário como possibilidades a testar.

Um segundo jato

O novo estudo, no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, usou imagens mais nítidas do conjunto. A equipe reanalisou oitenta e três observações entre dois mil e onze e dois mil e vinte e três, na frequência de rádio de quarenta e três gigahertz. Rádio de frequência mais alta é mais nítido, então 43 gigahertz mostram mais detalhes que imagens anteriores de 15 gigahertz. Compararam as imagens com resultados anteriores em 15 e 8 gigahertz.

Além do jato conhecido, relatam outro no lado do contra-jato, oposto ao principal, contornando o núcleo. Chamam-no Jet 2. O comunicado diz que ele aponta noutra direção do jato principal, dificultando detectá-lo. O artigo sugere que imagens anteriores podem tê-lo confundido com a borda brilhante do jato principal.

Britzen disse: "Nós o procuramos por tanto tempo, e então foi uma surpresa completa que não apenas conseguíssemos ver um segundo jato, mas até acompanhar seu movimento." Ela disse: "Avaliar os dados foi como estar em um navio." Em 43 gigahertz, todo o sistema de jatos se move lateralmente em cerca de 7 anos.

O brilho total sobe e desce em ciclo de cerca de 7,4 anos. O brilho do núcleo sugere ritmo de cerca de 121 dias. O registro do brilho ao longo do tempo é chamado de curva de luz. O artigo diz que esse período de cento e vinte e um dias "não é bem determinado".

O movimento do Jet dois deu número parecido: parecia voltar à mesma forma a cada cerca de cento e quarenta e seis dias, com margem de cerca de três semanas para mais ou para menos. A equipe interpreta que cada jato vem de seu buraco negro e os dois orbitam um ao outro a cada poucos meses. O plano orbital oscila, fazendo os jatos mudarem de direção a cada 7 anos. Em suas palavras, esse sistema binário "pode explicar razoavelmente" o que observam.

Com massas iguais, o resumo estima cada buraco negro em cerca de 100 milhões a um bilhão de massas solares. Isso os deixaria a 27 a 128 raios de Schwarzschild. Um raio de Schwarzschild mede o tamanho do ponto sem retorno de um buraco negro. Para um buraco negro de um bilhão de massas solares, equivale a cerca de 20 vezes a distância entre a Terra e o Sol.

O comunicado explicou de outro modo: cerca de duzentas e cinquenta a quinhentas e quarenta vezes a distância entre a Terra e o Sol. Essa distância, cerca de 150 milhões de quilômetros, é chamada unidade astronômica. Isso dá no máximo cerca de zero vírgula zero zero dois seis parsecs. Esse par estaria mais de duas mil vezes mais perto que o de 0402+379, bem dentro do último parsec.

Da Terra, a separação seria cerca de cinco vezes pequena demais até para o Event Horizon Telescope, a rede que fotografou o buraco negro de M87, distinguir os dois.

Um anel de Einstein por um dia

Outra pista: junho de 2022. Nesse dia, o Jet 2 quase fechou círculo no núcleo. Objetos massivos curvam luz: lente gravitacional prevista por Einstein. Se luz estiver exatamente atrás de objeto massivo, forma um anel de Einstein.

Hubble já fotografou anéis assim em galáxias. Segundo o comunicado, o sistema alinhou-se com a Terra. O buraco negro à frente curvou a luz do segundo jato atrás dele. A Max Planck Society chamou o anel de "uma explicação compatível com" o sistema binário.

Mas a aritmética do artigo muda isso. Um buraco negro tão pesado só forma anel desse tamanho se a luz vier de bem atrás dele, a cerca de 10 a 100 parsecs. Isso é milhares de vezes a distância entre os buracos negros. Por isso, autores dizem que o anel é luz de região mais distante do Jet 2, não junto ao segundo buraco negro.

Se isso estiver certo, é pista impressionante. É um anel parcial claro, com arcos mais fracos em outros dias, e depende do modelo. Sozinho, não é confirmação independente.

De onde vêm os "100 anos"

Agora, o número da manchete. O comunicado disse que o par poderia se fundir "em apenas 100 anos", dependendo das massas reais. Um relatório explicou a condição. Com massas perto de um bilhão de massas solares, a fusão final "pode estar a apenas um século de distância".

O artigo mostra a origem desse número. Usa cerca de 700 milhões de massas solares, de estudo anterior, para todo o sistema. Usa período do jato de 146 dias, cerca de 141 dias após corrigir a expansão do Universo. A terceira lei de Kepler calcula a separação pela massa e período orbital.

Isso põe os buracos negros a cerca de 470 unidades astronômicas. A fórmula de Philip Peters, de 1964, calcula como ondas gravitacionais drenam a órbita. Com massas iguais e órbita circular, o artigo diz que o par duraria pelo menos 250 órbitas. 250 órbitas de 141 dias dão pouco menos de cem anos.

Refizemos a mesma configuração. Também obtivemos cerca de quatrocentas e setenta unidades astronômicas, mas duração mais próxima de cento e noventa anos, quase quatrocentas e oitenta órbitas. Isso ainda se encaixa em "pelo menos duzentos e cinquenta", mas torna cem anos o limite inferior da estimativa. A resposta depende muito da massa.

Com 100 milhões de massas solares no total, a espera sobe para quase 5 mil anos. Com 2 bilhões de massas solares, cai para cerca de 30 anos. Se um buraco negro for dez vezes mais pesado, a espera será cerca de três vezes maior. Se 121 dias for a órbita real, a espera será cerca de 110 anos com a massa do artigo.

Então, "100 anos" não é previsão firme para esse par. Há ressalva no artigo. Para reproduzir ciclo de 7 anos, o esquema pede órbita alongada, com excentricidade de cerca de 0,8 ou mais. Excentricidade mede o alongamento orbital: zero é círculo; perto de um, elipses longas e estreitas.

O artigo diz que essa órbita exige melhor estimativa da duração do par. Sob essas hipóteses, pela nossa estimativa com a fórmula de Peters e a massa do artigo, a espiralização por ondas gravitacionais levaria cerca de cinco anos. Isso difere muito de 100 anos. Se a órbita real tiver metade ou dobro do período, todos os números mudam.

E, se a recorrência de cento e quarenta e seis dias não indicar movimento orbital, este cálculo fica sem relógio orbital. O artigo aponta um ponto fraco ao cronometrar o Jet 2. O telescópio observou irregularmente, e os autores dizem que isso atrapalha o método. 83 observações em cerca de 12 anos dão aproximadamente uma a cada sete ou oito semanas; o ritmo dura só quatro ou cinco meses.

São duas ou três observações por ciclo, em média. Para o brilho, usaram ferramenta padrão que busca ciclos em dados irregulares. Mostra probabilidade de pico casual, mas não encontramos teste contra ruído vermelho ou amostragem que imitem o ciclo, armadilha do próximo capítulo.

Após verificar oito reportagens e grandes sites de ciência, não encontramos especialista externo à equipe citado. A ScienceAlert foi uma das poucas a dizer que isso "não é uma detecção conclusiva".

Alegações anteriores de pares de buracos negros

Markarian cinco zero um não é o primeiro par próximo proposto, e histórias anteriores servem de alerta. O mais famoso é ó jota dois oito sete, blazar que entra em erupção aproximadamente a cada doze anos. No modelo binário, buraco negro de cerca de cento e cinquenta milhões de sóis orbita outro de cerca de dezoito bilhões a cada doze vírgula zero seis anos. Previu erupções em mil novecentos e noventa e cinco, dois mil e cinco, dois mil e sete e dois mil e quinze.

Em 2023, a equipe de Stefanie Komossa não detectou a erupção prevista para outubro de 2022. Estimaram o buraco negro principal em cerca de cem milhões de sóis e favoreceram outros modelos binários. Mauri Valtonen disse que a erupção ocorreu no verão, quando a fonte não é visível do solo. Em 2026, sua equipe relatou outro tipo de erupção naquele outubro. A discussão continua.

Depois há pê gê um três zero dois traço um zero dois, quasar cuja luminosidade parecia se repetir aproximadamente a cada cinco anos. Em 2016, Simon Vaughan e colegas mostraram que variações aleatórias de brilho, maiores em períodos longos, podem parecer periódicas por alguns ciclos. Isso se chama ruído vermelho. Para pê gê um três zero dois traço um zero dois, descobriram que processo aleatório simples se ajustava melhor que onda constante.

Pê cá esse dois um três um traço zero dois um é outro candidato, com ciclo de rádio de cerca de cinco anos ao longo de quarenta e cinco anos de dados. O modelo sugere órbita de dois anos e fusão em cerca de dez mil anos. Mas o sinal pareceu sumir por cerca de duas décadas, de aproximadamente 1984 a 2005. Para o par em 3C 66B, astrônomos cronometraram pulsos de

estrelas mortas giratórias, os pulsares, para limitar massas e órbitas. Análise de 2026 descartou parte do permitido. O maior alerta vem de M87, cuja sombra do buraco negro o Event Horizon Telescope fotografou. Seu jato oscila em ciclo de cerca de onze anos, acompanhado por vinte e dois anos de rádio.

Mas o estudo explicou isso com um buraco negro em rotação. Um buraco negro em rotação arrasta o espaço e pode oscilar disco inclinado de gás. Isso é precessão de Lense-Thirring. O artigo de Britzen, de dois mil e vinte e três, listou essa oscilação de um buraco negro único como possibilidade para Markarian cinco zero um.

O novo artigo avalia torções do jato, núcleo de rádio móvel e ondas de choque, mas nenhuma explica tudo. Não encontramos teste, no artigo, do buraco negro em rotação que explicou M87. Jato oscilante não prova dois buracos negros. Markarian cinco zero um se diferencia pelo segundo jato e possível anel.

É candidato sério, ainda só candidato.

Um fundo de ondas gravitacionais

Sem ver o par, talvez haja outra forma de ouvi-lo. Em junho de 2023, a NANOGrav anunciou evidências de fundo lento de ondas gravitacionais. Usaram pulsares, estrelas mortas que giram centenas de vezes por segundo e passam feixe de rádio pela Terra como farol. Uma onda gravitacional estica e comprime o espaço entre nós e cada pulsar.

Por isso, pulsos chegam antes ou depois. Em quinze anos, a NANOGrav cronometrou sessenta e sete pulsares e achou alterações correlacionadas no céu, padrão esperado das ondas gravitacionais. A força estatística foi cerca de três vírgula cinco a quatro sigma. Sigma mede a improbabilidade do acaso. Físicos geralmente chamam cinco sigma de descoberta.

Equipes da Europa, Índia, Austrália e China relataram resultados parecidos no mesmo dia. A NANOGrav disse que o sinal é compatível com muitos pares supermassivos, sem descartar outras fontes. Nenhum par foi identificado nesse fundo. O comunicado chama Markarian cinco zero um de principal candidato para relacionar essas ondas a um único par.

O coautor Hector Olivares resumiu: "talvez possamos até ver a frequência deles subir continuamente enquanto os dois gigantes espiralam rumo à colisão." Pela nossa conta, com a massa do artigo, subiria cerca de dois por cento em dez anos. Com cem milhões de sóis no total, seria cerca de um décimo de por cento; com dois bilhões, cerca de quinze por cento.

Poderíamos detectar a fusão?

Se eles se fundirem, alguém perceberia? Uma onda gravitacional tem frequência em hertz: um hertz é uma onda por segundo. O artigo põe o sinal perto de oitenta bilionésimos de hertz. Diz que um futuro programa do Square Kilometre Array pode alcançar

até cem bilionésimos de hertz, depois de medir mais de vinte pulsares por mais de dez anos. O Square Kilometre Array é um radiotelescópio em construção na África do Sul e na Austrália. Esse é o ritmo da órbita, e uma órbita circular emite ondas no dobro. Pela nossa conta, o sinal fica perto de cento e sessenta bilionésimos de hertz, logo acima dessa faixa.

Uma onda leva cerca de dez semanas. Em 2015, o LIGO captou a primeira colisão, de cerca de 35 a 250 hertz, faixa audível. Para chegar ao som mais grave que ouvimos, as ondas do par teriam de acelerar cerca de cem milhões de vezes. A NANOGrav, buscando pares isolados, foi mais sensível perto de seis bilionésimos de hertz.

O próximo é a LISA, da Agência Espacial Europeia, aprovada em janeiro de 2024 e prevista para cerca de 2035. Três naves formarão um triângulo de cerca de 2,5 milhões de quilômetros de lado, ligadas por lasers. A LISA escuta entre cerca de um décimo de milésimo de hertz e um hertz. Vale para pares em fusão de cerca de cem mil a dez milhões de sóis.

Pela nossa estimativa aproximada, com a massa do artigo, o mergulho final ficaria perto de seis milionésimos de hertz. Isso cai na lacuna dos micro-hertz, entre a cronometragem de pulsares e a LISA. Um estudo de 2021 a chamou de "a maior lacuna" na cobertura de ondas gravitacionais. Nenhum detector planejado foi projetado para essa lacuna.

Pode haver pistas na cronometragem de pulsares ou em ritmos de jato acelerados, mas ninguém mostrou que são detectáveis.

Será que ela já aconteceu?

Uma última coisa sobre esses "cem anos". A luz de Markarian quinhentos e um saiu de lá centenas de milhões de anos atrás. Só veremos o que acontece lá agora quando a luz chegar. Se a fusão aparecer no nosso céu daqui a um século, terá ocorrido lá muito antes.

A notícia ainda não chegou. Como disse a Popular Science, provavelmente ninguém verá o verdadeiro grande final. Em breve, pode haver um teste. Se o ritmo curto continuar em observações novas e frequentes, a ideia binária ganha força.

Se desaparecer, como em outros candidatos, enfraquece. Se acelerar com os anos, o par espirala para dentro. Se confirmado, o sistema binário será forte evidência de que a natureza supera o problema do último parsec. Até lá, Markarian cinco zero um continua como sugere a manchete da Max Planck Society.

Uma detecção com ponto de interrogação.