Cuando dos agujeros negros chocan, no chocan entre sí como lo harían dos estrellas. Un agujero negro es una región del espacio intensamente curvada que puede describirse solo por su masa, rotación y carga eléctrica, por lo que dos agujeros negros liberan violentas ondas gravitacionales cuando se fusionan en un solo agujero negro. El nuevo agujero negro continúa emitiendo ondas gravitacionales hasta que se convierte en un simple agujero negro giratorio. Ese período de asentamiento se conoce como el descenso del anillo, y su patrón contiene pistas sobre algunos de los misterios más profundos de la física gravitatoria.
Los observatorios de ondas gravitacionales, como el Observatorio de ondas gravitacionales por interferometría láser (LIGO), se han centrado principalmente en el período inspiracional de las fusiones de agujeros negros. Este es el período en el que los dos agujeros negros orbitan cada vez más cerca uno del otro, creando una corriente rítmica de fuertes ondas gravitacionales. A partir de esto, los astrónomos pueden determinar la masa y la rotación de los agujeros negros originales, así como la masa y la rotación del agujero negro fusionado. El patrón de ondas gravitacionales que observamos se rige por las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, y al hacer coincidir la observación con la teoría, aprendemos sobre los agujeros negros.
La relatividad general describe la gravedad extremadamente bien. De todas las pruebas gravitatorias que hemos hecho, todas concuerdan con la relatividad general. Pero la teoría de Einstein no se lleva bien con la otra teoría física extremadamente precisa, la mecánica cuántica. Debido a esto, los físicos han propuesto modificaciones a la relatividad general que son más compatibles con la teoría cuántica. Según estas teorías modificadas, existen diferencias sutiles en la forma en que los agujeros negros fusionados resuenan, pero no ha sido posible observar esas diferencias. Pero un par de nuevos estudios muestran cómo podríamos observarlos en la próxima ejecución de LIGO.
La ecuación de Teukolsky modificada. Crédito: Li, Dongjun y otros
En el primer trabajo, el equipo se centró en lo que se conoce como la Ecuación de Teukolsky. Propuestas por primera vez por Saul Teukolsky, las ecuaciones son una forma eficiente de analizar las ondas gravitacionales. Las ecuaciones solo se aplican a la relatividad general clásica, por lo que el equipo desarrolló una forma de modificar las ecuaciones para modelos de relatividad general modificada. Dado que las soluciones de las ecuaciones de Teukolsky y Teukolsky modificada no requieren una supercomputadora masiva para resolverlas, el equipo puede comparar las caídas de los anillos de los agujeros negros en varios modelos gravitacionales.
El segundo trabajo analiza cómo se haría esto con los datos de LIGO. En lugar de centrarse en las diferencias generales, este trabajo se centra en lo que se conoce como el teorema sin cabello. La relatividad general predice que no importa cómo se fusionen dos agujeros negros, el agujero negro fusionado final debe describirse solo por masa, rotación y carga. No puede tener ningún “pelo” o características remanentes de la colisión. En algunas versiones modificadas de la relatividad general, los agujeros negros pueden tener ciertas características que violarían el teorema sin cabello. En este segundo trabajo, los autores muestran cómo esto podría usarse para contrastar la relatividad general con ciertas teorías modificadas.
LIGO acaba de comenzar su última ejecución de observación, por lo que pasará un tiempo antes de que haya suficientes datos para probar. Pero es posible que pronto tengamos una nueva prueba de observación de la vieja teoría de Einstein, y podríamos probar que, después de todo, no es la teoría final de la gravedad.
