Un equipo internacional de investigación científica dirigido por el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania anunció que ha obtenido la primera evidencia directa de un par de agujeros negros supermasivos en órbita cercana en la galaxia activa Hércules Markarian 501 (Mrk 501), a cientos de millones de años luz de la Tierra. La investigación muestra que el par de agujeros negros están expuestos a través de dos chorros de alta energía. La distancia entre ellos sólo equivale a 250 a 540 distancias Sol-Tierra. La masa total puede alcanzar cientos de millones o incluso miles de millones de soles. En teoría, podrían fusionarse en unos 100 años y producir ondas gravitacionales detectables de baja frecuencia.

Las observaciones y teorías actuales generalmente creen que hay un agujero negro supermasivo acechando en el centro de casi todas las galaxias grandes, con una masa que oscila entre millones y miles de millones de soles. Sin embargo, cómo estos gigantes crecen rápidamente en la escala de tiempo cósmica sigue siendo un misterio clave sin resolver en la astrofísica. Es difícil explicar su crecimiento masivo únicamente por la lenta acumulación de gas circundante, por lo que los investigadores siempre han sospechado que las fusiones entre agujeros negros de gran escala desempeñan un papel importante. Dado que las colisiones de galaxias son bastante comunes en el universo, se considera un proceso inevitable que los agujeros negros centrales se acerquen gradualmente entre sí bajo la influencia de la gravedad y formen un sistema binario de agujeros negros. Sin embargo, hasta esta observación, la comunidad astronómica no había identificado claramente un par de agujeros negros supermasivos en la etapa compacta final.

El estudio se centró en Mrk 501, una conocida clase de galaxias blazar cuyo agujero negro central se conoce desde hace mucho tiempo y es famoso por un chorro relativista dirigido casi a la Tierra. Para explorar profundamente el núcleo de la galaxia, el equipo recopiló y analizó datos de observación de radio de alta resolución que abarcaron aproximadamente 23 años y en múltiples bandas de frecuencia de docenas de misiones de observación, con una resolución lo suficientemente alta como para rastrear la evolución de las estructuras finas en los chorros a lo largo del tiempo. Para sorpresa de los investigadores, además del conocido chorro principal que se dirige hacia la Tierra, identificaron un segundo chorro cerca del núcleo.

Silke Britzen, primera autora del artículo, señaló que esta es la primera vez que se ha obtenido una imagen clara de la estructura de este tipo de sistema en el núcleo de una galaxia, lo que proporciona una fuerte evidencia directa de la existencia de un segundo agujero negro supermasivo. En las imágenes, el equipo marcó puntos brillantes en el chorro mediante contornos de igual intensidad y ajuste de modelos, y comparó el desplazamiento y los cambios morfológicos de estas estructuras entre diferentes días de observación para rastrear el movimiento del chorro. Los resultados mostraron que el chorro previamente conocido (etiquetado como "Jet 1") apuntaba claramente hacia la Tierra, mientras que el recién descubierto "Jet 2" apuntaba en una dirección diferente, cambiando significativamente en tan sólo unas pocas semanas, estando los puntos de partida de los dos chorros extremadamente cerca en el núcleo de la galaxia.

Para los astrónomos, Jet 1 parece inusualmente brillante porque se dirige casi directamente hacia nosotros y ha sido un ejemplo clásico de chorros relativistas durante muchos años. Por el contrario, Jet 2 está orientado lejos de la línea de visión y durante mucho tiempo ha sido difícil de distinguir desde la compleja estructura de radio. En los últimos datos, los investigadores descubrieron que este segundo chorro parece "asomarse" por detrás del agujero negro más masivo y moverse alrededor de él en sentido antihorario, formando cambios geométricos periódicos y cambios de brillo. Blitzen describió el proceso de análisis de datos como "como estar parado en un barco y observar todo el sistema de chorro balanceándose". Sólo introduciendo un sistema dual de agujeros negros y permitiendo que su plano orbital oscile se podrá explicar razonablemente esta serie de fenómenos dinámicos.

Aún más dramáticamente, durante una observación en junio de 2022, la trayectoria de la radiación del sistema se distorsionó severamente, creando una característica similar a un "anillo de Einstein" en la imagen. El equipo de investigación cree que en ese momento el sistema estaba casi perfectamente alineado con la línea de visión de la Tierra. El agujero negro más grande en primer plano desvía la luz del chorro de fondo como una lente, haciéndolo parecer en forma de anillo. Este es un típico efecto de lente gravitacional fuerte. Este raro fenómeno respalda aún más el marco explicativo de "agujeros negros duales + chorros duales + lentes gravitacionales".

Al analizar los cambios de brillo a largo plazo y los cambios periódicos en la morfología del chorro, el equipo de investigación dedujo que el par de agujeros negros supermasivos orbitan entre sí en un período de aproximadamente 121 días. Su distancia equivale a 250 a 540 distancias promedio entre la Tierra y el Sol, o alrededor de 2,32 a 5,02 mil millones de millas (alrededor de 37,4 a 80,8 mil millones de kilómetros), una distancia orbital extremadamente cercana para objetos con masas entre 100 millones y mil millones de soles. Según cálculos de modelos de diferentes combinaciones de masas, el par de agujeros negros puede perder aún más energía orbital y eventualmente fusionarse en tan solo cien años aproximadamente, convirtiéndose en un raro candidato a fusión de agujeros negros supermasivos "en tiempo casi real" en la historia de la astronomía.

Sin embargo, debido a que Mrk 501 está tan lejos de la Tierra, incluso las instalaciones más avanzadas como el Event Horizon Telescope (EHT) tienen dificultades para descomponer completamente los dos agujeros negros en puntos de luz independientes en el cielo. En otras palabras, los astrónomos no pueden obtener imágenes directas de todo el proceso del par de agujeros negros acercándose y fusionándose como lo hicieron cuando tomaron la primera fotografía de un agujero negro. Sólo pueden confiar en la evolución de la estructura del chorro y el comportamiento general del brillo para rastrear indirectamente su contracción orbital.

Sin embargo, los investigadores predicen que a medida que los agujeros negros gemelos continúen acercándose en espiral entre sí, liberarán ondas gravitacionales de frecuencia extremadamente baja, que se espera que sean detectadas por Pulsar Timing Array (PTA). En los últimos años, los resultados publicados por múltiples proyectos de cooperación, como el Pulsar Timing Array europeo, han demostrado que se ha detectado inicialmente un fondo de ondas gravitacionales formado por la superposición de muchos binarios de agujeros negros supermasivos, y el sistema binario de agujeros negros supermasivos se considera la fuente dominante de este fondo. Esta vez se confirmó que Mrk 501 es un candidato para un agujero negro binario cercano, lo que lo convierte en uno de los mejores objetivos para unificar señales de PTA con sistemas celestes específicos en el futuro.

Héctor Olivares, coautor del artículo, señaló que si en el futuro se puede capturar una señal clara de ondas gravitacionales en este sistema, y ​​su frecuencia aumenta constantemente con el tiempo, habrá una oportunidad de "presenciar" todo el proceso de fusión de un agujero negro supermasivo dentro de la escala de tiempo de observación humana. Esto no sólo se convertirá en un hito en la astronomía de ondas gravitacionales, sino que también proporcionará un laboratorio sin precedentes para probar la aplicabilidad de la relatividad general bajo campos gravitacionales extremadamente fuertes y comprender el mecanismo de crecimiento de los agujeros negros en los centros de las galaxias.

La investigación relevante se publicó en "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" el 27 de marzo de 2026 en forma de un artículo titulado "Detección de un segundo chorro dentro del núcleo nuclear de Mrk 501". Como trabajo que ha logrado avances en radiointerferometría, análisis de secuencias a largo plazo e interpretación de lentes gravitacionales, se considera que este descubrimiento proporciona evidencia clave para comprender cómo los agujeros negros supermasivos logran un "crecimiento a gran escala" a través de fusiones, y también señala el camino para futuras observaciones de ondas gravitacionales para localizar la fuente específica.