Esta imagen muestra un agujero negro en rotación con giro S y masa M deformado por un campo de mareas externo $ \ mathcal {E} _ {ij} $. Crédito:Le Tiec &Casals.
Una pregunta abierta entre la comunidad de físicos es si los agujeros negros pueden deformarse mareamente por un campo gravitacional externo. Si se confirmara que esto es cierto, podría tener implicaciones importantes para muchas áreas de la física, incluida la física fundamental, astrofísica y astronomía de ondas gravitacionales.
Investigadores del Observatoire de Paris-CNRS y el Centro Brasileiro de Pesquisas Fisicas (CBPF) llevaron a cabo recientemente un estudio que investigaba la deformabilidad de las mareas de los agujeros negros bajo un exterior, campo gravitacional estático. Su papel publicado en Cartas de revisión física , sugiere que bajo tal campo, los agujeros negros giratorios generalmente podrían deformarse.
"La idea de este trabajo surgió en parte de un par de charlas durante la Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravitación (GR22) en 2019, "Marc Casals, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Durante estas charlas, los oradores discutieron la deformabilidad de las estrellas de neutrones debido a un campo de marea gravitacional externo. También mencionaron que, al contrario de las estrellas de neutrones, la deformabilidad de las mareas (estática) de los agujeros negros no giratorios es cero, como lo demuestran varios estudios. Este resultado inmediatamente planteó la cuestión de si la deformabilidad de la marea (estática) de los agujeros negros en rotación también es cero ".
La deformabilidad de los agujeros negros en rotación bajo un campo gravitacional estático ya había sido investigada por un equipo de investigadores de la Universidad Sapienza de Roma. En un artículo publicado en 2015, Estos investigadores demostraron que cuando el campo de mareas estático es simétrico con respecto al eje de rotación de un agujero negro, la deformabilidad del agujero negro es cero.
En su estudio, Casals y su colega Alexandre Le Tiec querían investigar la deformabilidad de los agujeros negros en rotación cuando el campo de marea que se les aplica es arbitrario (es decir, no necesariamente axi-simétrico). Esta es una pregunta particularmente importante, ya que se cree que todos los agujeros negros astrofísicos están girando; por lo tanto, cualquier campo de mareas externo normalmente no sería axi-simétrico.
"Los artículos anteriores nos dieron algunas pistas sobre qué métodos usar, "Explicó Casals." Una de ellas era una técnica matemática específica:dejar que el llamado índice multipolar tome temporalmente números reales, mientras que sus valores físicos están destinados a ser puramente números enteros (por ejemplo, 2, 3, 4, ...) ".
La técnica matemática utilizada por Casals y Le Tiec se puede utilizar para desenredar la deformación de marea de un agujero negro del campo de marea externo que lo causó. para luego establecer el índice multipolar como un número entero físico. A pesar de sus ventajas, sin embargo, esta técnica es probablemente difícil de usar directamente en ecuaciones que son satisfechas por el propio campo gravitacional.
"En lugar de, lo aplicamos primero a otra cantidad, que involucra derivadas del campo gravitacional (esencialmente mide la curvatura del espacio-tiempo) y, crucialmente, satisface una ecuación más simple que se derivó en un artículo anterior de S. Teukolsky, "Dijo Casals." De esta cantidad, entonces podemos obtener el campo gravitacional ".
La medida de un campo gravitacional depende de quién es su 'observador', o, en términos matemáticos, en el sistema de coordenadas. Por lo tanto, como paso final, Casals y Le Tiec construyeron cantidades que son independientes del observador (o coordenadas), para que pudieran identificar la deformabilidad de las mareas de los agujeros negros en rotación de una manera realmente significativa.
"Estas cantidades independientes del observador son los llamados momentos multipolares de Geroch-Hansen, nombrados en honor a los autores que los crearon (a saber, R. P. Geroch en 1970 y R.O. Hansen en 1974), "Dijo Casals.
En general, Los cálculos realizados por este equipo de investigadores muestran que los agujeros negros rotativos se deforman genéricamente bajo un campo gravitacional externo y estático. Este resultado está en marcado contraste con los hallazgos de estudios anteriores relacionados con los agujeros negros no giratorios o los agujeros negros giratorios con un campo de marea axi-simétrico.
"Calculamos esta deformación explícitamente para el caso de un campo de marea débil con un índice multipolar igual a 2 y para la rotación de un agujero negro pequeño, "Dijo Casals." Además, vinculamos esta deformación de las mareas al efecto previamente conocido de torsión de las mareas; un cambio en el momento angular del agujero negro debido al campo de mareas ".
Los hallazgos recopilados por Casals y Le Tiec podrían allanar el camino para más estudios que investiguen la deformabilidad de los agujeros negros giratorios bajo un campo de mareas estático. En su papel Los investigadores también especulan sobre la posibilidad de que tal deformación de las mareas pueda observarse dentro de las ondas gravitacionales que se espera sean detectadas por la misión de la Antena Espacial del Interferómetro Láser (LISA). que está previsto para 2034.
"Nuestra investigación se puede extender naturalmente en varias direcciones, ", Dijo Alexandre Le Tiec a Phys.org." Podríamos, por ejemplo, investigar la deformabilidad de las mareas de los agujeros negros giratorios:(i) para un índice multipolar superior a 2; (ii) para la rotación de grandes agujeros negros; o (iii) para un fuerte campo de mareas. También sería interesante explorar el vínculo preciso entre la deformabilidad de las mareas, el calentamiento de las mareas y la viscosidad distinta de cero del horizonte de sucesos de los agujeros negros dentro del llamado paradigma de la membrana ".
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