Tester Einsteins teori om tyngdekraften fra sorte hullers skygger og kollisioner

Generel relativitetsteori, Einsteins teori om tyngdekraften, er bedst testet på det mest ekstreme - tæt på begivenhedshorisonten for et sort hul. Dette regime er tilgængeligt gennem observationer af skygger af supermassive sorte huller og gravitationsbølger - krusninger i stoffet i vores univers fra kolliderende sorte huller med stjernemasse. For første gang, forskere fra ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), Event Horizon Telescope (EHT) og LIGO Scientific Collaboration, har skitseret en konsekvent tilgang til at udforske afvigelser fra Einsteins generelle relativitetsteori i disse to forskellige observationer. Denne forskning, udgivet i Fysisk gennemgang D , bekræfter, at Einsteins teori nøjagtigt beskriver nuværende observationer af sorte huller, fra den mindste til den største.

En af de kendetegnende forudsigelser fra den generelle relativitetsteori er eksistensen af ​​sorte huller. Teorien giver en specifik beskrivelse af et sort huls effekt på rum-tidens struktur:et firedimensionelt net, som koder for, hvordan objekter bevæger sig gennem rum og tid. Kendt som Kerr-metrik , denne forudsigelse kan relateres til lysets bøjning omkring et sort hul, eller kredsløbsbevægelsen af ​​binære sorte huller. I dette studie, afvigelserne fra Kerr-metrikken var knyttet til træk i disse sorte hul-observationer.

I 2019, Event Horizon Telescope genererede silhuetbilleder af det sorte hul i midten af ​​galaksen M87, med en masse flere milliarder gange vores Sols masse. Skyggens vinkelstørrelse er relateret til massen af ​​det sorte hul, dens afstand fra Jorden og mulige afvigelser fra den generelle relativitetsteoris forudsigelse. Disse afvigelser kan beregnes ud fra de videnskabelige data, herunder tidligere målinger af det sorte huls masse og afstand.

I mellemtiden siden 2015 har LIGO og Jomfruens gravitationsbølgeobservatorier detekteret gravitationsbølger fra sammensmeltede stjernemassesorte huller. Ved at måle gravitationsbølgerne fra de kolliderende sorte huller, videnskabsmænd kan udforske de sorte hullers mystiske natur og metrik. Denne undersøgelse fokuserede på afvigelser fra den generelle relativitetsteori, der fremstår som små ændringer i tonehøjden og intensiteten af ​​gravitationsbølgerne, før de to sorte huller støder sammen og smelter sammen.

Ved at kombinere målingerne af skyggen af ​​det supermassive sorte hul i M87 og gravitationsbølger fra et par binære sorte hul-detektioner, kaldet GW170608 og GW190924, forskerne fandt ingen beviser for afvigelser fra den generelle relativitetsteori. Medforfatter af undersøgelsen og OzGrav forskningsassistent Ethan Payne (Australian National University) forklarede, at de to målinger gav lignende, konsekvente begrænsninger. "Forskellige størrelser af sorte huller kan hjælpe med at bryde den komplementære adfærd, der ses her mellem EHT og LIGO/Jomfru observationer, " sagde Payne. "Denne undersøgelse lægger grundlaget for fremtidige målinger af afvigelser fra Kerr-metrikken."