Prueba de la teoría de la relatividad general de Einstein desde las sombras y colisiones de agujeros negros

Impresión artística de agujeros negros binarios a punto de colisionar. Crédito: Mark Myers, Universidad OzGrav-Swinburne

La relatividad general, la teoría de la gravedad de Einstein, se prueba mejor en su punto más extremo: cerca del horizonte de sucesos de un calabozo. Este régimen es accesible a través de observaciones de sombras de agujeros negros supermasivos y ondas gravitacionales – ondas en el tejido de nuestro Universo por la colisión de agujeros negros de masa estelar. Por primera vez, científicos del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav), el Event Horizon Telescope (EHT) y el LIGO Scientific Collaboration, han esbozado un enfoque coherente para explorar las desviaciones de la teoría general de la relatividad de Einstein en estas dos observaciones diferentes. Esta investigación, publicada en Revisión física D, confirma que la teoría de Einstein describe con precisión las observaciones actuales de los agujeros negros, desde el más pequeño hasta el más grande.

Una de las predicciones distintivas de la relatividad general es la existencia de agujeros negros. La teoría proporciona una descripción específica del efecto de un agujero negro en la estructura del espacio-tiempo: una malla de cuatro dimensiones que codifica cómo se mueven los objetos a través del espacio y el tiempo. Conocido como el Métrica de Kerr, esta predicción puede estar relacionada con la curvatura de la luz alrededor de un agujero negro o el movimiento orbital de los agujeros negros binarios. En este estudio, las desviaciones de la métrica de Kerr se vincularon a características en estas observaciones de agujeros negros.

En 2019, el Event Horizon Telescope generó imágenes de silueta del agujero negro en el centro de la galaxia M87, con una masa varios miles de millones de veces la de nuestro Sol. El tamaño angular de la sombra está relacionado con la masa del agujero negro, su distancia a la Tierra y las posibles desviaciones de la predicción de la relatividad general. Estas desviaciones se pueden calcular a partir de los datos científicos, incluidas las mediciones anteriores de la masa y la distancia del agujero negro.

Mientras tanto, desde 2015, los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo han estado detectando ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros de masa estelar. Al medir las ondas gravitacionales de los agujeros negros en colisión, los científicos pueden explorar la naturaleza misteriosa y las métricas de los agujeros negros. Este estudio se centró en las desviaciones de la relatividad general que aparecen como ligeros cambios en el tono y la intensidad de las ondas gravitacionales, antes de que los dos agujeros negros colisionen y se fusionen.

Combinando las mediciones de la sombra del agujero negro supermasivo en M87 y las ondas gravitacionales de un par de detecciones binarias de agujeros negros, llamadas GW170608 y GW190924, los investigadores no encontraron evidencia de desviaciones de la relatividad general. Coautor del estudio y asistente de investigación de OzGrav, Ethan Payne (Universidad Nacional Australiana) explicó que las dos mediciones proporcionaban restricciones similares y consistentes. “Diferentes tamaños de agujeros negros pueden ayudar a romper el comportamiento complementario visto aquí entre las observaciones de EHT y LIGO / Virgo”, dijo Payne. “Este estudio sienta las bases para futuras mediciones de desviaciones de la métrica de Kerr”.

Referencia: “Exploración de la métrica del agujero negro. I. Sombras de agujero negro y espirales binarias de agujero negro ”por Dimitrios Psaltis, Colm Talbot, Ethan Payne e Ilya Mandel, presentado, Revisión física D.
arXiv: 2012.02117

Escrito por Ethan Payne, asistente de investigación de OzGrav, de la Universidad Nacional de Australia.


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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