Een internationaal wetenschappelijk onderzoeksteam onder leiding van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Duitsland heeft aangekondigd dat ze het eerste directe bewijs hebben verkregen van een paar dicht om elkaar heen draaiende superzware zwarte gaten in het Hercules-actieve sterrenstelsel Markarian 501 (Mrk 501), op honderden miljoenen lichtjaren afstand van de aarde. Onderzoek toont aan dat het paar zwarte gaten wordt blootgesteld door twee hoogenergetische jets. De afstand tussen hen is slechts gelijk aan 250 tot 540 afstanden tussen de zon en de aarde. De totale massa kan honderden miljoenen of zelfs miljarden zonnen bereiken. Theoretisch zouden ze over ongeveer 100 jaar kunnen samensmelten en detecteerbare laagfrequente zwaartekrachtsgolven produceren.

De huidige waarnemingen en theorieën gaan er doorgaans van uit dat er in het centrum van bijna elk groot sterrenstelsel een superzwaar zwart gat op de loer ligt, met een massa variërend van miljoenen tot miljarden zonnen. Hoe deze kolossen echter snel groeien op de kosmische tijdschaal blijft een belangrijk onopgelost mysterie in de astrofysica. Het is moeilijk om hun massagroei uitsluitend te verklaren door het langzaam aangroeien van omringend gas, dus onderzoekers hebben altijd vermoed dat fusies tussen grootschalige zwarte gaten een belangrijke rol spelen. Omdat botsingen tussen sterrenstelsels heel gebruikelijk zijn in het heelal, wordt het als een onvermijdelijk proces beschouwd dat de centrale zwarte gaten elkaar onder invloed van de zwaartekracht geleidelijk naderen en een binair zwart gatensysteem vormen. Tot deze waarneming had de astronomische gemeenschap echter nog niet duidelijk een paar superzware zwarte gaten in het laatste compacte stadium geïdentificeerd.

Het onderzoek richtte zich op Mrk 501, een bekende klasse van blazarstelsels waarvan het centrale zwarte gat al lang bekend is en bekend staat om zijn relativistische jet die bijna op de aarde gericht is. Om diep in de kern van de Melkweg te kunnen doordringen, heeft het team radioobservatiegegevens met hoge resolutie over een periode van ongeveer 23 jaar en in meerdere frequentiebanden van tientallen observatiemissies verzameld en geanalyseerd, met een resolutie die hoog genoeg was om de evolutie van fijne structuren in de jets in de loop van de tijd te volgen. Tot verbazing van de onderzoekers identificeerden ze, naast de bekende hoofdstraaljager die op weg was naar de aarde, een tweede straalstraal nabij de kern.

Silke Britzen, de eerste auteur van het artikel, wees erop dat dit de eerste keer is dat de structuur van dit type systeem duidelijk in beeld is gebracht in de kern van een sterrenstelsel, wat sterk direct bewijs levert voor een tweede superzwaar zwart gat. In de beelden markeerde het team lichtpuntjes in de jet door middel van contouren met gelijke intensiteit en modelaanpassing, en vergeleek de verplaatsing en morfologische veranderingen van deze structuren tussen verschillende observatiedagen om de beweging van de jet te volgen. De resultaten toonden aan dat de eerder bekende jet (genaamd "Jet 1") duidelijk op de aarde gericht was, terwijl de nieuw ontdekte "Jet 2" in een andere richting wees en in slechts een paar weken aanzienlijk veranderde, waarbij de startpunten van de twee jets extreem dichtbij in de kern van de melkweg.

Voor astronomen lijkt Jet 1 ongewoon helder omdat hij bijna recht op ons af komt, en is al jaren een klassiek voorbeeld van relativistische jets. Jet 2 daarentegen is weg van de zichtlijn georiënteerd en is lange tijd moeilijk op te lossen geweest vanuit de complexe radiostructuur. Uit de laatste gegevens blijkt dat deze tweede jet vanachter het massievere zwarte gat lijkt te ‘gluren’ en er tegen de klok in omheen beweegt, waardoor periodieke geometrische veranderingen en helderheidsveranderingen ontstaan. Blitzen beschreef het data-analyseproces als "alsof je op een schip staat en het hele jetsysteem ziet zwaaien." Alleen door de introductie van een dubbel zwart gat-systeem en het laten slingeren van zijn baanvlak kan deze reeks dynamische verschijnselen redelijkerwijs worden verklaard.

Nog dramatischer was dat tijdens een waarneming in juni 2022 het stralingspad van het systeem ernstig werd vervormd, waardoor een ‘Einstein-ring’-achtig kenmerk in de afbeelding ontstond. Het onderzoeksteam is van mening dat het systeem destijds vrijwel perfect uitgelijnd was met de zichtlijn van de aarde. Het grotere zwarte gat op de voorgrond boog het licht van de achtergrondstraal als een lens, waardoor het voor ons ringvormig leek. Dit is een typisch sterk zwaartekrachtlenseffect. Dit zeldzame fenomeen ondersteunt verder het verklarende raamwerk van "dubbele zwarte gaten + dubbele jets + zwaartekrachtlenzen".

Door helderheidsveranderingen op de lange termijn en periodieke veranderingen in de straalmorfologie te analyseren, concludeerde het onderzoeksteam dat het paar superzware zwarte gaten in een periode van ongeveer 121 dagen om elkaar heen cirkelen. Hun afstand komt overeen met de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon van 250 tot 540, oftewel ongeveer 2,32 tot 5,02 miljard mijl (ongeveer 37,4 tot 80,8 miljard kilometer), een extreem korte baanafstand voor objecten met een massa tussen de 100 miljoen en een miljard zonnen. Volgens modelberekeningen van verschillende massacombinaties kan het paar zwarte gaten verder orbitale energie verliezen en uiteindelijk binnen ongeveer honderd jaar samensmelten, waardoor ze een zeldzame "quasi-real-time" superzware zwarte gatfusiekandidaat worden in de geschiedenis van de astronomie.

Niettemin is het, omdat Mrk 501 zo ver van de aarde verwijderd is, zelfs met de meest geavanceerde faciliteiten zoals de Event Horizon Telescope (EHT) moeilijk om de twee zwarte gaten volledig op te lossen in onafhankelijke lichtpunten aan de hemel. Met andere woorden: astronomen kunnen het hele proces van het paar zwarte gaten dat elkaar nadert en samensmelten niet direct in beeld brengen, zoals ze deden toen ze de eerste foto van het zwarte gat maakten. Ze kunnen alleen vertrouwen op de evolutie van de straalstructuur en het algemene helderheidsgedrag om indirect hun orbitale contractie te volgen.

Onderzoekers voorspellen echter dat naarmate de twee zwarte gaten steeds dichter naar elkaar toe bewegen, ze extreem laagfrequente zwaartekrachtsgolven zullen vrijgeven, die naar verwachting zullen worden gedetecteerd door de Pulsar Timing Array (PTA). In de afgelopen jaren hebben resultaten van meerdere samenwerkingsprojecten, zoals de Europese Pulsar Timing Array, aangetoond dat aanvankelijk een zwaartekrachtgolfachtergrond is gedetecteerd, gevormd door de superpositie van veel superzware dubbelsterren met zwarte gaten, en dat het superzware binaire systeem van zwarte gaten wordt beschouwd als de dominante bron van deze achtergrond. Mrk 501 werd deze keer bevestigd als kandidaat voor een dichtbijgelegen binair zwart gat, waardoor het in de toekomst een van de beste doelen is voor het verenigen van PTA-signalen met specifieke hemelsystemen.

Héctor Olivares, co-auteur van het artikel, wees erop dat als in de toekomst een duidelijk zwaartekrachtgolfsignaal kan worden opgevangen in dit systeem, en de frequentie ervan gestaag toeneemt met de tijd, er een mogelijkheid zal zijn om het hele proces van een superzware samensmelting van zwarte gaten te ‘getuigen’ binnen de menselijke observatietijdschaal. Dit zal niet alleen een mijlpaal worden in de zwaartekrachtgolfastronomie, maar zal ook een ongekend laboratorium opleveren voor het testen van de toepasbaarheid van de algemene relativiteitstheorie onder extreem sterke zwaartekrachtvelden en voor het begrijpen van het groeimechanisme van zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels.

Relevant onderzoek werd op 27 maart 2026 gepubliceerd in de "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" in de vorm van een artikel met de titel "Detectie van een tweede jet binnen de nucleaire kern van Mrk 501". Als een werk dat doorbraken heeft bereikt op het gebied van radio-interferometrie, lange termijn sequentieanalyse en zwaartekrachtlensinterpretatie, wordt deze ontdekking beschouwd als belangrijk bewijs voor het begrip hoe superzware zwarte gaten door fusies een ‘haasje-over-groei’ bereiken, en wijst het ook de weg voor toekomstige waarnemingen van zwaartekrachtsgolven om de specifieke bron te lokaliseren.