Los detectores de árboles gravitacionales se están volviendo cada vez más sensibles. Esto permite pruebas precisas de la teoría general de la relatividad, que todavía eran impensables hace diez años.
Esta ilustración muestra ondas gravitacionales que están irradiadas por dos agujeros negros.
Cuando dos agujeros negros buscan y finalmente se unen, envían ondas gravitacionales. Estas ondas interfieren y estiran la habitación periódicamente y se extienden a la velocidad de la luz. Hace diez años, era la primera vez en demostrar tal señal con un gran detector en los Estados Unidos. Ese fue el comienzo de una nueva era. Desde entonces, la astronomía de las ondas gravitacionales ha proporcionado conocimiento de los agujeros negros y otros objetos que no se pueden obtener con telescopios convencionales.
Una señal de onda gravitacional muestra que el potencial de la astronomía de las ondas gravitacionales está lejos de agotarse que fue recolectado el 14 de enero con los dos detectores de campeonato en los Estados Unidos. La señal es tan clara que se podría confirmar una afirmación central: los agujeros negros no tienen cabello.
Esto significa que los agujeros negros están completamente caracterizados por su masa y su impulso rotativo (la rotación así llamada). Todo lo que podría distinguir, hablado de manera figurativa, está oculto detrás del horizonte de los eventos llamados y, por lo tanto, en principio no observable para un observador externo porque no hay información de allí. En comparación con las estrellas ordinarias, los agujeros negros casi no tienen individualidad.
La señal de onda gravitacional más fuerte jamás medida
La señal de que el Grupo de Trabajo Internacional Ligo-Virgo-Kagra recolectado el 14 de enero es similar a la señal con la que los aeropuertos de ondas gravitacionales comenzaron hace diez años. Sin embargo, esta vez es diferente.
Comparación de las dos señales de onda gravitacional del 14 de septiembre de 2015 y 14 de enero de 2025. Las señales son casi idénticas, pero el ruido de fondo podría reducirse en un factor 3.
Los dos detectores de campeonato en los Estados Unidos son hoy mucho más sensibles que hace diez años. Por lo tanto, la señal se destaca tres veces más claramente del ruido que entonces. También puedes decir: es tres veces más fuerte. Además, las señales de onda gravitacional de dos negros de fusión se pueden modelar de una manera mucho más precisa hoy. Esto le permite despertar más información.
Un primer análisis mostró que los dos agujeros negros 34 o 32 veces eran tan enormes como el sol y giraban lentamente solo antes de la fusión. La fusión condujo a un agujero negro con 63 masas solares, lo que gira relativamente rápido.
El detector LIGO de Hanford consta de dos armas, que alternativamente están inmersas y alargadas por una ola de gravedad. Esto se puede medir con la luz.
Básicamente, los investigadores estaban interesados en lo que sucedió después de la fusión actual en la llamada fase de anillo. El agujero negro oscila como una campana maltratada que termina lentamente y envía ondas gravitacionales que se vuelven lentamente más débiles. Las vibraciones con una frecuencia más alta se superponen en las vibraciones básicas. Estos se pueden comparar con los tonos de una campana oscilante. Junto con el tono básico, caracterizan el sonido de un agujero negro.
Si es cierto que los agujeros negros no tienen cabello, su sonido debe describirse exclusivamente a través de la masa y el impulso giratorio del agujero negro. Y esto fue exactamente lo que podría confirmarse. En el signo de la ola gravitacional el 14 de enero, los investigadores no solo pudieron identificar el tono básico, sino también un tono. Las dos vibraciones se comportaron, así como la teoría general de la relatividad de Albert Einstein proporciona la rotación de agujeros negros.
El tono básico se superpone una superposición que se asiste relativamente rápido.
Esta es la mejor confirmación para el teorema sin cursos hasta ahora, dice Frank Ohme del Instituto Max Planck para Física Gravitacional en Hanover, que pertenece al Grupo de Trabajo Ligo-Virgo-Kagra. Una desviación habría despertado dudas sobre la teoría general de la relatividad.
Se confirma una predicción de Stephen Hawking
El teorema sin cursos fue formulado en los años 70 por el erudito en física teórica John Archibald Wheeler. Más o menos en el mismo período, su colega Stephen Hawking hizo otro reclamo sobre agujeros negros. Afecta el horizonte de los eventos llamados un agujero negro, es decir, la interfaz que separa el área externa de la ONU observable en el interior.
Según Hawking, el área del evento del horizonte nunca puede perder peso, puede seguir siendo el mismo con el tiempo o hacerse más grande. Todo lo demás violaría las leyes de la termodinámica. Transferido a la fusión de dos agujeros negros, el teorema del área establece que los horizontes de los eventos de los dos agujeros negros deben tener un área más pequeña en la suma en comparación con el horizonte del evento del agujero negro resultante.
El grupo de trabajo Ligo-Virgo-Kagra también ha podido confirmarlo. Sus mediciones mostraron que el área del horizonte de los eventos era de 240,000 kilómetros cuadrados de tamaño antes de la fusión, que corresponde aproximadamente al área de Gran Bretaña. Después de la fusión, había 400,000 kilómetros cuadrados. Entonces es casi tan grande como Suecia.
Este descubrimiento es una confirmación adicional de la teoría general de la relatividad. En teorías de gravedad alternativa, el teorema del área puede ser herido.
Pruebas cada vez más precisas de la teoría general de la relatividad
Las pruebas de teoría general de la relatividad ya habían existido antes, dice Ohme. Sin embargo, estos a menudo se realizaron en sistemas dinámicos. Esto hace que la interpretación sea más difícil. El producto final de dos agujeros negros une, por otro lado, es muy fácil. Con la teoría general de la relatividad, se puede calcular de una manera muy precisa, ya que el agujero negro resultante debe jugar en el declive. Esta predicción se puede controlar con detectores de árboles gravitacionales cada vez más precisos.
En este contexto, el OHME se refiere a una segunda publicación del Grupo de Trabajo Ligo-Virgo-Kagra. En él, los investigadores intentan restringir otra supervisión en los datos proporcionados por la teoría general de la relatividad. Las incertidumbres siguen siendo relativamente grandes. Sin embargo, el evento gravitacional de la ola del 14 de enero da una idea de lo que será posible con los detectores aún mejores en el futuro.