Si la teoría de la relatividad general de Albert Einstein es cierta, luego un agujero negro, nacido de las colisiones cósmicamente temblorosas de dos agujeros negros masivos, debería "sonar" en las secuelas, producir ondas gravitacionales muy parecidas a las de una campana golpeada que reverbera las ondas sonoras. Einstein predijo que el tono y la desintegración particulares de estas ondas gravitacionales deberían ser una firma directa de la masa y el giro del agujero negro recién formado.

Ahora, físicos del MIT y otros lugares han "escuchado" el zumbido de un agujero negro infantil por primera vez, y descubrió que el patrón de este timbre lo hace, De hecho, predecir la masa y el giro del agujero negro, más evidencia de que Einstein tenía razón desde el principio.

Los resultados, publicado hoy en Cartas de revisión física , también favorecen la idea de que los agujeros negros carecen de cualquier tipo de "pelo", una metáfora que se refiere a la idea de que los agujeros negros, según la teoría de Einstein, debe exhibir solo tres propiedades observables:masa, girar, y carga eléctrica. Todas las demás características, que el físico John Wheeler denominó "cabello, "debería ser tragado por el propio agujero negro, y por lo tanto sería inobservable.

Los hallazgos del equipo de hoy apoyan la idea de que los agujeros negros son, De hecho, sin pelo. Los investigadores pudieron identificar el patrón del zumbido de un agujero negro, y, usando las ecuaciones de Einstein, calculó la masa y el giro que debería tener el agujero negro, dado su patrón de timbre. Estos cálculos coincidieron con las mediciones de la masa y el giro del agujero negro realizadas previamente por otros.

Si los cálculos del equipo se desviaron significativamente de las mediciones, habría sugerido que el sonido del agujero negro codifica propiedades distintas de la masa, girar, y carga eléctrica, una prueba tentadora de la física más allá de lo que la teoría de Einstein puede explicar. Pero resulta que El patrón de timbre del agujero negro es una firma directa de su masa y giro, apoyando la noción de que los agujeros negros son gigantes calvos, sin nada extraño, propiedades similares al cabello.

"Todos esperamos que la relatividad general sea correcta, pero esta es la primera vez que lo confirmamos de esta manera, "dice el autor principal del estudio, Maximiliano Isi, becario Einstein de la NASA en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. "Esta es la primera medida experimental que logra probar directamente el teorema sin pelo. No significa que los agujeros negros no puedan tener pelo. Significa que la imagen de los agujeros negros sin pelo vive un día más".

Un chirrido descifrado

El 9 de septiembre 2015, Los científicos hicieron la primera detección de ondas gravitacionales:ondas infinitesimales en el espacio-tiempo, emanando desde lejos, fenómenos cósmicos violentos. La detección llamado GW150914, fue hecho por LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser. Una vez que los científicos eliminaron el ruido y ampliaron la señal, observaron una forma de onda que rápidamente creció antes de desvanecerse. Cuando tradujeron la señal en sonido, escucharon algo parecido a un "chirrido".

Los científicos determinaron que las ondas gravitacionales fueron provocadas por la inspiración rápida de dos agujeros negros masivos. El pico de la señal, la parte más fuerte del chirrido, vinculado al mismo momento en que los agujeros negros chocaron, fusionándose en uno solo, nuevo agujero negro. Si bien este agujero negro infantil probablemente emitió ondas gravitacionales propias, su firma sonando, asumieron los físicos, sería demasiado débil para descifrar en medio del clamor de la colisión inicial.

Isi y sus colegas, sin embargo, encontró una manera de extraer la reverberación del agujero negro de los momentos inmediatamente posteriores al pico de la señal. En un trabajo anterior dirigido por el coautor de Isi, Matthew Giesler, el equipo demostró a través de simulaciones que tal señal, y particularmente la parte inmediatamente posterior al pico, contiene "matices":una familia de sonidos fuertes, tonos de corta duración. Cuando volvieron a analizar la señal, teniendo en cuenta los matices, los investigadores descubrieron que podían aislar con éxito un patrón de timbre que era específico de un agujero negro recién formado.

En el nuevo artículo del equipo, los investigadores aplicaron esta técnica a los datos reales de la detección de GW150914, concentrándose en los últimos milisegundos de la señal, inmediatamente después del pico del chirrido. Teniendo en cuenta los matices de la señal, Pudieron discernir un timbre proveniente de lo nuevo, agujero negro infantil. Específicamente, identificaron dos tonos distintos, cada uno con un tono y una tasa de decaimiento que pudieron medir.

"Detectamos una señal de onda gravitacional general que se compone de múltiples frecuencias, que se desvanecen a diferentes ritmos, como los diferentes tonos que componen un sonido, "Dice Isi." Cada frecuencia o tono corresponde a una frecuencia vibratoria del nuevo agujero negro ".

Escuchando más allá de Einstein

La teoría de la relatividad general de Einstein predice que el tono y la desintegración de las ondas gravitacionales de un agujero negro deberían ser un producto directo de su masa y giro. Es decir, un agujero negro de una masa y un giro determinados solo puede producir tonos de cierto tono y decadencia. Como prueba de la teoría de Einstein, el equipo utilizó las ecuaciones de la relatividad general para calcular la masa y el giro del agujero negro recién formado, dado el tono y la caída de los dos tonos que detectaron.

Descubrieron que sus cálculos coincidían con las mediciones de la masa y el giro del agujero negro realizadas previamente por otros. Isi dice que los resultados demuestran que los investigadores pueden, De hecho, usa el más fuerte, las partes más detectables de una señal de onda gravitacional para discernir el sonido de un nuevo agujero negro, donde antes, Los científicos asumieron que este timbre solo podría detectarse dentro del extremo mucho más débil de la señal de la onda gravitacional, y solo con instrumentos mucho más sensibles que los que existen actualmente.

"Esto es emocionante para la comunidad porque muestra que este tipo de estudios son posibles ahora, no en 20 años, "Dice Isi.

A medida que LIGO mejora su resolución, y los instrumentos más sensibles se pondrán en línea en el futuro, los investigadores podrán utilizar los métodos del grupo para "escuchar" el zumbido de otros agujeros negros recién nacidos. Y si detectan tonos que no coinciden del todo con las predicciones de Einstein, esa podría ser una perspectiva aún más emocionante.

"En el futuro, tendremos mejores detectores en la Tierra y en el espacio, y podrá ver no solo dos, pero decenas de modos, y precisar sus propiedades con precisión, "Dice Isi." Si estos no son agujeros negros como predice Einstein, si son objetos más exóticos como agujeros de gusano o estrellas de bosones, puede que no suenen de la misma manera, y tendremos la oportunidad de verlos ".