Relatividade geral, A teoria da gravidade de Einstein, é melhor testado em sua forma mais extrema - perto do horizonte de eventos de um buraco negro. Este regime é acessível por meio de observações de sombras de buracos negros supermassivos e ondas gravitacionais - ondulações na estrutura de nosso Universo devido à colisão de buracos negros de massa estelar. Pela primeira vez, cientistas do ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), o Event Horizon Telescope (EHT) e a LIGO Scientific Collaboration, delinearam uma abordagem consistente para explorar os desvios da teoria geral da relatividade de Einstein nessas duas observações diferentes. Essa pesquisa, publicado em Revisão Física D , confirma que a teoria de Einstein descreve com precisão as observações atuais de buracos negros, do menor ao maior.

Uma das previsões marcantes da relatividade geral é a existência de buracos negros. A teoria fornece uma descrição específica do efeito de um buraco negro na estrutura do espaço-tempo:uma malha quadridimensional que codifica como os objetos se movem no espaço e no tempo. Conhecido como Kerr metric , esta previsão pode estar relacionada com a curvatura da luz em torno de um buraco negro, ou o movimento orbital de buracos negros binários. Neste estudo, os desvios da métrica de Kerr foram associados a recursos nessas observações de buracos negros.

Em 2019, o Event Horizon Telescope gerou imagens da silhueta do buraco negro no centro da galáxia M87, com uma massa vários bilhões de vezes a do nosso sol. O tamanho angular da sombra está relacionado à massa do buraco negro, sua distância da Terra e possíveis desvios da previsão da relatividade geral. Esses desvios podem ser calculados a partir dos dados científicos, incluindo medições anteriores da massa e distância do buraco negro.

Enquanto isso, desde 2015, os observatórios de ondas gravitacionais de LIGO e Virgem têm detectado ondas gravitacionais de buracos negros de massa estelar que se fundem. Ao medir as ondas gravitacionais dos buracos negros em colisão, os cientistas podem explorar a natureza misteriosa e as métricas dos buracos negros. Este estudo se concentrou em desvios da relatividade geral que aparecem como pequenas mudanças no tom e na intensidade das ondas gravitacionais, antes que os dois buracos negros colidam e se fundam.

Combinando as medições da sombra do buraco negro supermassivo em M87 e ondas gravitacionais de algumas detecções de buracos negros binários, chamado GW170608 e GW190924, os pesquisadores não encontraram evidências de desvios da relatividade geral. O co-autor do estudo e assistente de pesquisa OzGrav Ethan Payne (Australian National University) explicou que as duas medições forneceram semelhantes, restrições consistentes. "Diferentes tamanhos de buracos negros podem ajudar a quebrar o comportamento complementar visto aqui entre as observações de EHT e LIGO / Virgo, "disse Payne." Este estudo estabelece as bases para futuras medições de desvios da métrica Kerr. "