El 'zumbido' de un agujero negro valida la relatividad general de Einstein 10 años antes de lo previsto

Una ilustración de un agujero negro de gran tamaño resultante de la fusión de dos agujeros negros más pequeños. La colisión ha provocado que el agujero negro suene e irradie ondas gravitacionales (blanco). Crédito: Maximiliano Isi / MIT.

Los 'tonos' de ondas gravitacionales detectados después de la fusión de dos agujeros negros confirman la 'teoría sin pelo' de haces décadas de propiedades del agujero negro. 

Por primera vez, los astrofísicos han escuchado un agujero negro sonar como si fuera una campana. Al volver a analizar la primera fusión de agujeros negros detectada, los astrofísicos midieron los 'tonos' de ondas gravitacionales emitidos después del evento. El avance se produce 10 años antes de lo esperado y confirma que las propiedades de los agujeros negros son tal como Einstein predijo en su teoría de la relatividad general en 1915. 

"Anteriormente se creía que estos tonos eran demasiado débiles para ser detectados, pero ahora somos capaces de hacerlo", dice el coautor del estudio Will Farr. "Al igual que la medición de los espectros atómicos a fines de 1800 abrió la era de la astrofísica estelar y la clasificación y comprensión de las estrellas, esta es la apertura de la era de los espectros de los agujeros negros y la comprensión de los agujeros negros y la relatividad general que se encuentra detrás de ellos". 

Farr es profesor asociado en la Universidad de Stony Brook en Nueva York y líder del grupo para la astronomía de ondas gravitacionales en el Instituto de Flatiron del Centro de Astrofísica Computacional en la ciudad de Nueva York. Él y sus colegas presentan sus hallazgos el 12 de septiembre en Physical Review Letters . 

Cuando dos agujeros negros se funden en uno, el agujero negro extragrande resultante se tambalea como una campana golpeada. Las reverberaciones emiten ondas gravitacionales en tonos característicos que se desvanecen a medida que el agujero negro se asienta. La llamada 'teorema de no pelo' establece que estos tonos, y todas las demás propiedades externas de un agujero negro, dependen solo de la masa y la rotación del agujero negro, tal como lo predice la relatividad general de Einstein. Sin embargo, algunos científicos proponen que la realidad es más complicada y que los efectos como la mecánica cuántica también juegan un papel importante. 

Los científicos sabían que detectar los tonos de un agujero negro podría resolver el debate. Pero se pensó que los tonos eran demasiado silenciosos para ser detectados por los detectores de ondas gravitacionales de la generación actual LIGO y Virgo. 

En el nuevo estudio, los astrofísicos combinaron simulaciones de fusiones de agujeros negros con un nuevo análisis de las primeras ondas gravitacionales detectadas. Esas ondas vinieron de la fusión de dos agujeros negros. El análisis condujo a la identificación de dos tonos independientes emitidos por el agujero negro recientemente combinado. Las tasas de tono y decadencia de estos tonos se alinearon con la relatividad general de Einstein. La teoría del no pelo se mantuvo triunfante. 

Farr dice que con el nuevo análisis de datos y con LIGO y Virgo que continúan observando fusiones de agujeros negros, las pruebas de los observatorios serán más precisas. La precisión adicional probablemente conducirá a detecciones adicionales de tonos de agujeros negros y una mejor comprensión de los objetos exóticos. 

Farr colaboró ​​en el estudio con Maximiliano Isi del Instituto de Tecnología de Massachusetts y los astrofísicos Matt Giesler, Mark Scheel y Saul Teukolsky del Instituto de Tecnología de California. 

Fuente: Fundación Simons,