Los pequeños errores de modelado pueden acumularse más rápido de lo esperado cuando los físicos combinan múltiples eventos de ondas gravitacionales (como la colisión de agujeros negros) para probar la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. sugieren investigadores de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido. Los resultados, publicado el 16 de junio en la revista iScience , sugieren que los catálogos con tan solo 10 a 30 eventos con una relación señal / ruido de fondo de 20 (que es típico de los eventos utilizados en este tipo de prueba) podrían proporcionar desviaciones engañosas de la relatividad general, apuntando erróneamente a una nueva física donde no existe. Debido a que esto se acerca al tamaño de los catálogos actuales utilizados para evaluar la teoría de Einstein, los autores concluyen que los físicos deben proceder con precaución al realizar tales experimentos.

"Probar la relatividad general con catálogos de eventos de ondas gravitacionales es un área de investigación muy nueva, "dice Christopher J. Moore, profesor de la Escuela de Física y Astronomía e Instituto de Astronomía de Ondas Gravitacionales de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido y autor principal del estudio. "Este es uno de los primeros estudios que analiza en detalle la importancia de los errores del modelo teórico en este nuevo tipo de prueba. Si bien es bien sabido que los errores en los modelos teóricos deben tratarse con cuidado cuando se intenta probar una teoría, nos sorprendió la rapidez con la que se pueden acumular pequeños errores de modelo cuando se comienza a combinar eventos en catálogos ".

En 1916, Einstein publicó su teoría de la relatividad general, lo que explica cómo los objetos celestes masivos deforman el tejido interconectado del espacio y el tiempo, resultando en gravedad. La teoría predice que los incidentes violentos en el espacio exterior, como las colisiones de agujeros negros, alteran el espacio-tiempo tan severamente que producen ondas llamadas ondas gravitacionales. que zumban por el espacio a la velocidad de la luz. Instrumentos como LIGO y Virgo ahora han detectado señales de ondas gravitacionales de docenas de agujeros negros fusionados, que los investigadores han estado utilizando para poner a prueba la teoría de Einstein. Hasta aquí, siempre ha pasado. Para llevar la teoría aún más lejos, los físicos ahora lo están probando en catálogos de múltiples eventos de ondas gravitacionales agrupadas.

"Cuando me interesé en la investigación de ondas gravitacionales, uno de los principales atractivos fue la posibilidad de realizar nuevas y más estrictas pruebas de relatividad general, "dice Riccardo Buscicchio, un doctorado estudiante de la Escuela de Física y Astronomía e Instituto de Astronomía de Ondas Gravitacionales y coautor del estudio. "La teoría es fantástica y ya ha superado una impresionante variedad de otras pruebas. Pero sabemos por otras áreas de la física que no puede ser completamente correcta. Tratar de encontrar exactamente dónde falla es una de las preguntas más importantes de la física. . "

Sin embargo, mientras que los catálogos de ondas gravitacionales más grandes podrían acercar a los científicos a la respuesta en un futuro cercano, también amplifican el potencial de errores. Dado que los modelos de forma de onda implican inevitablemente algunas aproximaciones, simplificaciones, y errores de modelado, Los modelos con un alto grado de precisión para eventos individuales pueden resultar engañosos cuando se aplican a catálogos grandes.

Para determinar cómo crecen los errores de forma de onda a medida que aumenta el tamaño del catálogo, Moore y sus colegas utilizaron simplificado, catálogos simulados linealizados para realizar un gran número de cálculos de prueba, que implicó dibujar relaciones señal-ruido, discordancia, y modelos de ángulos de alineación de error para cada evento de onda gravitacional. Los investigadores encontraron que la velocidad a la que se acumulan los errores de modelado depende de si los errores de modelado tienden o no a promediar en muchos eventos de catálogo diferentes. si las desviaciones tienen el mismo valor para cada evento, y la distribución de errores de modelado de formas de onda entre eventos.

"El siguiente paso será que encontremos formas de orientarnos a estos casos específicos utilizando modelos más realistas pero también más costosos desde el punto de vista informático, "dice Moore." Si alguna vez vamos a tener confianza en los resultados de tales pruebas, primero debemos tener un conocimiento tan bueno como sea posible de los errores en nuestros modelos ".