El anillo reverberante de las fusiones de agujeros negros podría ayudar a poner a prueba la teoría de Einstein

Elen11 / iStock

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Durante mucho tiempo, los científicos han intentado combinar la teoría general de la relatividad de Einstein con nuestra comprensión del mundo de la mecánica cuántica en una teoría unificada de la gravedad cuántica.

Para acercarse a la construcción de esta teoría unificada, los científicos deben continuar poniendo a prueba la teoría de la relatividad.

Ahora, dos nuevos artículos de científicos de Caltech detallan cómo podemos observar las estructuras de los agujeros negros y las ondas gravitacionales que producen, con más detalle para acercarnos un paso más al santo grial de las teorías científicas.

Los científicos de Caltech tienen como objetivo analizar las observaciones de los agujeros negros para encontrar pequeñas desviaciones de la relatividad general que podrían insinuar la presencia de la gravedad cuántica.

Los artículos, publicados en Physical Review X y Physical Review Letters, se centran en los anillos de los agujeros negros. Estos no se refieren a los discos de acreción característicos de los agujeros negros, sino al anillo similar a un gong de los agujeros negros cuando chocan entre sí durante una fusión.

"Cuando dos agujeros negros se fusionan para producir un agujero negro más grande, el agujero negro final suena como una campana", explicó en un comunicado de prensa Yanbei Chen, profesor de física en Caltech y coautor de ambos estudios. "La calidad del timbre, o su timbre, puede ser diferente de las predicciones de la relatividad general si ciertas teorías de la gravedad cuántica son correctas. Nuestros métodos están diseñados para buscar diferencias en la calidad de esta fase de timbre, como los armónicos y matices, por ejemplo".

El primero de los dos nuevos artículos detalla una nueva ecuación única que describe cómo sonarían los agujeros negros según las teorías de gravedad cuántica específica. El trabajo se basa en una ecuación desarrollada hace 50 años por Saul Teukolsky en Caltech, que simplificó el proceso de comprensión de cómo la geometría del espacio-tiempo se ve afectada por los agujeros negros.

"Si uno quiere resolver todas las ecuaciones de Einstein de una fusión de agujeros negros para simularla con precisión, debe recurrir a las supercomputadoras", dijo Dongjun Li, estudiante graduado y codirector del nuevo artículo. "Los métodos de relatividad numérica son increíblemente importantes para simular con precisión las fusiones de agujeros negros y proporcionan una base crucial para interpretar los datos de LIGO. Pero es extremadamente difícil para los físicos sacar intuiciones directamente de los resultados numéricos. La ecuación de Teukolsky nos da una visión intuitiva de lo que está pasando en la fase de llamada".

"Nuestra nueva ecuación nos permite modelar y comprender las ondas gravitacionales que se propagan alrededor de los agujeros negros que son más exóticas de lo que predijo Einstein", continuó.

Mientras tanto, el segundo artículo describe un método para aplicar la ecuación de Dongjun a los datos de ondas gravitacionales adquiridos por el Observatorio de Ondas Gravitacionales Interferométricas Láser (LIGO), que recientemente comenzó su cuarta serie de observación.

El nuevo método utiliza filtros para eliminar las características del sonido de los agujeros negros que predice la relatividad general. Al hacer esto, los científicos esperan poder detectar firmas sutiles relacionadas con la gravedad cuántica.

"Al principio me preocupaba que las firmas que predice mi ecuación quedaran enterradas bajo los múltiples sobretonos y armónicos; afortunadamente, los filtros de Sizheng pueden eliminar todas estas características conocidas, lo que nos permite centrarnos solo en las diferencias", dijo Dongjun.

"Trabajando juntos", agregó Chen, "los hallazgos de Li y Ma pueden aumentar significativamente la capacidad de nuestra comunidad para investigar la gravedad".