Los agujeros negros giratorios pueden deformarse bajo la influencia de un campo gravitacional externo y estático.

Esta imagen muestra un agujero negro giratorio con un giro S y una masa M deformada por un campo de marea exterior $ mathcal {E} _ {ij} $. Crédito: Le Tiec & Casals.

Una pregunta abierta en la comunidad de la física es si los agujeros negros pueden deformarse mareamente por un campo gravitatorio externo. Si se confirma, podría tener ramificaciones importantes para muchas áreas de la física, incluida la física fundamental, la astrofísica y la astronomía de ondas gravitacionales.

Científicos del Observatoire de Paris-CNRS y el Centro Brasileiro de Pesquisas Fisicas (CBPF) realizaron recientemente un estudio sobre la formabilidad de las mareas de los agujeros negros en un campo gravitatorio estático externo. Su artículo, publicado en Cartas de revisión físicasugiere que bajo tal campo, los agujeros negros giratorios generalmente pueden deformarse.

«La idea de este trabajo surgió en parte de varias entrevistas en la Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravedad (GR22) en 2019». Marc Casals, uno de los científicos que realizó el estudio, dijo a Phys.org. “Durante estas charlas, los ponentes discutieron la deformabilidad de las estrellas de neutrones debido al campo de marea gravitacional externo. También mencionaron que, a diferencia de las estrellas de neutrones, la deformabilidad de las mareas (estática) de los agujeros negros no giratorios es cero porque demostrado por varios estudios. Este resultado planteó inmediatamente la cuestión de si la deformación de marea (estática) de los agujeros negros en rotación también es cero «.

La deformabilidad de los agujeros negros en rotación en un campo gravitacional estático ya ha sido investigada por un equipo de científicos de la Universidad Sapienza de Roma. EN artículo publicado en 2015Estos investigadores demostraron que cuando el campo de mareas estático es simétrico con respecto al eje de rotación del agujero negro, la deformabilidad del agujero negro es cero.

En su investigación, Casals y su colega Alexandre Le Tiec querían investigar la deformabilidad de los agujeros negros en rotación cuando el campo de marea que se les aplica es arbitrario (es decir, no necesariamente simétrico axialmente). Ésta es una pregunta especialmente importante porque se cree que todos los agujeros negros astrofísicos giran; por lo tanto, cualquier campo de mareas exterior normalmente no sería simétrico axialmente.

“El trabajo anterior nos brindó orientación sobre qué métodos utilizar”, explicó Casals. «Una era una técnica matemática específica: permitir que el llamado índice multipolar tomara temporalmente números reales mientras que sus valores físicos solo pretenden ser números enteros (por ejemplo, 2, 3, 4, …)».

La técnica matemática empleada por Casals y Le Tiec se puede utilizar para separar la deformación de marea de un agujero negro del campo de marea externo que lo causó, y luego establecer el índice multipolar en un número entero físico. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, la técnica es posiblemente difícil de aplicar directamente a las ecuaciones que el campo gravitacional solo satisface.

En cambio, lo aplicamos primero a otra cantidad que incluye derivadas del campo gravitacional (esencialmente mide la curvatura del espacio-tiempo) y, lo más importante, satisface la ecuación más simple que se derivó en artículo anterior de S. TeukolskyCasals dijo que a partir de esta magnitud podemos obtener el campo gravitacional.

La medición de un campo gravitacional depende de quién es su «observador» o, matemáticamente hablando, del sistema de coordenadas. Por lo tanto, al final, Casals y Le Tiec construyeron cantidades que son independientes del observador (o coordenadas) para que pudieran identificar la deformabilidad de las mareas de los agujeros negros en rotación de una manera realmente significativa.

«Estos valores independientes del observador son los llamados momentos multipolares de Geroch-Hansen, que llevan el nombre de los autores que los inventaron (a saber, RP Geroch en 1970 y RO Hansen en 1974)», dijo Casals.

En conjunto, los cálculos de este equipo de científicos muestran que los agujeros negros giratorios generalmente se deforman bajo la influencia de un campo gravitacional externo y estático. Este hallazgo está en marcado contraste con estudios previos sobre agujeros negros no rotativos o agujeros negros rotativos con un campo de marea axialmente simétrico.

«Calculamos esta tensión claramente para el caso de un campo de marea débil con un índice multipolar de 2 y una pequeña rotación de agujero negro», dijo Casals. “Además, combinamos esta deformación de las mareas con un efecto previamente conocido esfuerzo de torsión; un cambio en el impulso de un agujero negro causado por un campo de mareas. «

Los descubrimientos recopilados por Casals y Le Tiec podrían allanar el camino para una mayor investigación sobre la formabilidad de los agujeros negros giratorios en un campo de mareas estático. En su artículo, los investigadores también especulan sobre la posibilidad de observar tal deformación de las mareas en el marco de las ondas gravitacionales para ser detectadas por la misión Laser Interferometer Space Antenna (LISA), que está programada para 2034.

«Nuestra investigación, por supuesto, puede extenderse en muchas direcciones», dijo Alexandre Le Tiec a Phys.org. Por ejemplo, podríamos investigar la deformabilidad de las mareas de los agujeros negros giratorios: (i) para un índice multipolar mayor que 2; (ii) para alta rotación de agujeros negros; o (iii) para un fuerte campo de mareas. También sería interesante investigar la relación exacta entre la deformabilidad de las mareas, el calentamiento de las mareas y la viscosidad distinta de cero del horizonte de eventos del agujero negro en el llamado el paradigma de la membrana«.

© 2021 Science X Network

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *