Se a teoria da relatividade geral de Albert Einstein for verdadeira, então um buraco negro, nascido das colisões cosmicamente terríveis de dois buracos negros massivos, deve "soar" no rescaldo, a produção de ondas gravitacionais muito parecida com a da batida de um sino e reverbera as ondas sonoras. Einstein previu que a altura e o declínio específicos dessas ondas gravitacionais deveriam ser uma assinatura direta da massa e do spin do buraco negro recém-formado.

Agora, físicos do MIT e de outros lugares "ouviram" o toque de um buraco negro infantil pela primeira vez, e descobri que o padrão desse toque sim, na verdade, prever a massa e o giro do buraco negro - mais evidências de que Einstein estava certo o tempo todo.

As evidências, publicado hoje em Cartas de revisão física , também favorecem a ideia de que os buracos negros não têm qualquer tipo de "cabelo" - uma metáfora que se refere à ideia de que os buracos negros, de acordo com a teoria de Einstein, deve exibir apenas três propriedades observáveis:massa, rodar, e carga elétrica. Todas as outras características, que o físico John Wheeler chamou de "cabelo, "deve ser engolido pelo próprio buraco negro, e, portanto, seria inobservável.

As descobertas da equipe hoje apoiam a ideia de que os buracos negros são, na verdade, Calvo. Os pesquisadores foram capazes de identificar o padrão de toque de um buraco negro, e, usando as equações de Einstein, calculou a massa e o spin que o buraco negro deveria ter, dado seu padrão de toque. Esses cálculos combinaram com as medidas da massa e do spin do buraco negro feitas anteriormente por outros.

Se os cálculos da equipe se desviaram significativamente das medições, teria sugerido que o anel do buraco negro codifica outras propriedades além da massa, rodar, e carga elétrica - evidências tentadoras de física além do que a teoria de Einstein pode explicar. Mas ao que parece, o padrão de toque do buraco negro é uma assinatura direta de sua massa e rotação, dando suporte à noção de que os buracos negros são gigantes carecas, faltando qualquer coisa estranha, propriedades semelhantes ao cabelo.

"Todos esperamos que a relatividade geral esteja correta, mas esta é a primeira vez que confirmamos desta forma, "diz o principal autor do estudo, Maximiliano Isi, um NASA Einstein Fellow no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. "Esta é a primeira medição experimental que consegue testar diretamente o teorema sem cabelo. Isso não significa que os buracos negros não poderiam ter cabelo. Significa que a imagem dos buracos negros sem cabelo vive por mais um dia."

Um chilrear, decodificado

Em 9 de setembro, 2015, os cientistas fizeram a primeira detecção de ondas gravitacionais - ondulações infinitesimais no espaço-tempo, emanando de longe, fenômenos cósmicos violentos. A detecção, denominado GW150914, foi feito por LIGO, o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser. Assim que os cientistas eliminaram o ruído e ampliaram o sinal, eles observaram uma forma de onda que cresceu rapidamente antes de desaparecer. Quando eles traduziram o sinal em som, eles ouviram algo semelhante a um "chilrear".

Os cientistas determinaram que as ondas gravitacionais foram desencadeadas pela rápida inspiração de dois enormes buracos negros. O pico do sinal - a parte mais alta do chirp - ligado ao momento em que os buracos negros colidiram, fundindo-se em um único, novo buraco negro. Embora este buraco negro infantil provavelmente emitisse ondas gravitacionais próprias, sua assinatura tocando, físicos presumiram, seria muito fraco para decifrar em meio ao clamor da colisão inicial.

Isi e seus colegas, Contudo, encontrou uma maneira de extrair a reverberação do buraco negro dos momentos imediatamente após o pico do sinal. Em um trabalho anterior liderado pelo co-autor de Isi, Matthew Giesler, a equipe mostrou através de simulações que tal sinal, e particularmente a parte logo após o pico, contém "sobretons" - uma família de sons altos, tons de curta duração. Quando eles reanalisaram o sinal, levando em conta os tons, os pesquisadores descobriram que podiam isolar com sucesso um padrão de toque específico para um buraco negro recém-formado.

No novo papel da equipe, os pesquisadores aplicaram esta técnica a dados reais da detecção GW150914, concentrando-se nos últimos milissegundos do sinal, imediatamente após o pico do chirp. Levando em consideração os sobretons do sinal, eles foram capazes de discernir um toque vindo do novo, buraco negro infantil. Especificamente, eles identificaram dois tons distintos, cada um com uma taxa de inclinação e decaimento que eles puderam medir.

"Detectamos um sinal de onda gravitacional geral composto por várias frequências, que desaparecem em taxas diferentes, como os diferentes tons que compõem um som, "Isi diz." Cada freqüência ou tom corresponde a uma freqüência vibracional do novo buraco negro. "

Ouvindo além de Einstein

A teoria da relatividade geral de Einstein prevê que o tom e a decadência das ondas gravitacionais de um buraco negro devem ser um produto direto de sua massa e spin. Isso é, um buraco negro de determinada massa e spin só pode produzir tons de certa altura e decadência. Como um teste da teoria de Einstein, a equipe usou as equações da relatividade geral para calcular a massa e o spin do buraco negro recém-formado, dado o tom e a decadência dos dois tons que detectaram.

Eles descobriram que seus cálculos combinavam com medições da massa e do spin do buraco negro previamente feitas por outros. Isi diz que os resultados demonstram que os pesquisadores podem, na verdade, use o mais alto, partes mais detectáveis ​​de um sinal de onda gravitacional para discernir o toque de um novo buraco negro, onde antes, os cientistas presumiram que esse zumbido só poderia ser detectado na extremidade muito mais fraca do sinal da onda gravitacional, e apenas com instrumentos muito mais sensíveis do que os que existem atualmente.

"Isso é empolgante para a comunidade porque mostra que esses tipos de estudos são possíveis agora, não em 20 anos, "Isi diz.

À medida que o LIGO melhora sua resolução, e instrumentos mais sensíveis ficarão online no futuro, os pesquisadores poderão usar os métodos do grupo para "ouvir" o toque de outros buracos negros recém-nascidos. E se acontecer de eles pegarem tons que não combinam com as previsões de Einstein, isso poderia ser uma perspectiva ainda mais emocionante.

"No futuro, teremos melhores detectores na Terra e no espaço, e será capaz de ver não apenas dois, mas dezenas de modos, e definir suas propriedades com precisão, "Isi diz." Se estes não são buracos negros como Einstein prevê, se forem objetos mais exóticos, como buracos de minhoca ou estrelas bóson, eles podem não tocar da mesma maneira, e teremos a chance de vê-los. "