Visualizzazione del nuovo indicatore sviluppato per testare le previsioni delle teorie gravitazionali modificate rispetto alla misurazione della dimensione dell'ombra di M87. Credito:D. Psaltis, UArizona; Collaborazione EHT
La teoria della relatività generale di Einstein, l'idea che la gravità sia la materia che deforma lo spaziotempo, ha resistito a oltre 100 anni di esami e prove, compreso il test più recente della collaborazione Event Horizon Telescope, pubblicato oggi sull'ultimo numero di Lettere di revisione fisica .
Secondo i rilievi, La teoria di Einstein è appena diventata 500 volte più difficile da battere.
Nonostante i suoi successi, La robusta teoria di Einstein rimane matematicamente inconciliabile con la meccanica quantistica, la comprensione scientifica del mondo subatomico. Testare la relatività generale è importante perché la teoria definitiva dell'universo deve comprendere sia la gravità che la meccanica quantistica.
"Ci aspettiamo che una teoria completa della gravità sia diversa dalla relatività generale, ma ci sono molti modi per modificarlo. Abbiamo scoperto che qualunque sia la teoria corretta, non può essere significativamente diverso dalla relatività generale quando si tratta di buchi neri. Abbiamo davvero ridotto lo spazio di possibili modifiche, ", ha affermato il professore di astrofisica dell'Arizona Dimitrios Psaltis, che fino a poco tempo fa era lo scienziato del progetto della collaborazione Event Horizon Telescope. Psaltis è l'autore principale di un nuovo documento che dettaglia i risultati dei ricercatori.
"Questo è un modo nuovo di zecca per testare la relatività generale usando buchi neri supermassicci, "ha detto Keiichi Asada, un membro del consiglio scientifico dell'EHT ed esperto di osservazioni radio dei buchi neri per l'Istituto di Astronomia e Astrofisica dell'Academia Sinica.
Simulazione del buco nero M87 che mostra il movimento del plasma mentre ruota intorno al buco nero. L'anello sottile e luminoso che può essere visto in blu è il bordo di ciò che chiamiamo l'ombra del buco nero. Credito:L. Medeiros; C. Chan; D. Saltis; F.Ozel; UArizona; IAS.
Per eseguire il test, il team ha utilizzato la prima immagine mai scattata del buco nero supermassiccio al centro della vicina galassia M87 ottenuta con l'EHT lo scorso anno. I primi risultati avevano mostrato che la dimensione dell'ombra del buco nero era coerente con la dimensione prevista dalla relatività generale.
"A quel tempo, non siamo stati in grado di porre la domanda opposta:quanto può essere diversa una teoria della gravità dalla relatività generale ed essere ancora coerente con la dimensione dell'ombra?", ha affermato Pierre Christian, Fellow di UArizona Steward Theory. "Ci siamo chiesti se c'era qualcosa che potevamo fare con questi osservazioni al fine di selezionare alcune delle alternative".
Il team ha effettuato un'analisi molto ampia di molte modifiche alla teoria della relatività generale per identificare la caratteristica unica di una teoria della gravità che determina la dimensione dell'ombra di un buco nero.
"In questo modo, possiamo ora individuare se qualche alternativa alla relatività generale è in accordo con le osservazioni dell'Event Horizon Telescope, senza preoccuparti di altri dettagli, " disse Lia Medeiros, un borsista post-dottorato presso l'Institute for Advanced Study che ha fatto parte della collaborazione EHT sin dai suoi tempi come studente laureato dell'UArizona.
Il team si è concentrato sulla gamma di alternative che avevano superato tutti i test precedenti nel sistema solare.
Illustrazione delle diverse forze dei campi gravitazionali sondati da cosmologiche, test del sistema solare e del buco nero. Credito:D. Psaltis, UArizona; NASA/WMAP; ESA/Cassini; Collaborazione EHT
"Utilizzando il calibro che abbiamo sviluppato, abbiamo mostrato che la dimensione misurata dell'ombra del buco nero in M87 stringe il margine di manovra per le modifiche alla teoria della relatività generale di Einstein di quasi un fattore 500, rispetto ai precedenti test nel sistema solare, ", ha affermato il professore di astrofisica dell'Arizona Feryal Özel, un membro anziano della collaborazione EHT. "Molti modi per modificare la relatività generale falliscono in questo nuovo e più rigoroso test dell'ombra del buco nero".
"Le immagini dei buchi neri forniscono una prospettiva completamente nuova per testare la teoria della relatività generale di Einstein, " ha detto Michael Kramer, direttore del Max Planck Institute for Radio Astronomy e membro della collaborazione EHT.
"Insieme alle osservazioni delle onde gravitazionali, questo segna l'inizio di una nuova era nell'astrofisica dei buchi neri, " disse Salti.
Testare la teoria della gravità è una ricerca continua:le previsioni della relatività generale per vari oggetti astrofisici sono abbastanza buone da consentire agli astrofisici di non preoccuparsi di eventuali differenze o modifiche alla relatività generale?
"Diciamo sempre che la relatività generale ha superato tutti i test a pieni voti:se avessi un centesimo per ogni volta che l'ho sentito, " disse Özel. "Ma è vero, quando fai certi test, non vedi che i risultati deviano da ciò che prevede la relatività generale. Quello che stiamo dicendo è che mentre tutto ciò è corretto, per la prima volta abbiamo un indicatore diverso con cui possiamo fare un test che è 500 volte migliore, e quell'indicatore è la dimensione dell'ombra di un buco nero."
Prossimo, il team EHT si aspetta immagini ad alta fedeltà che verranno catturate dalla gamma ampliata di telescopi, che include il telescopio della Groenlandia, il telescopio da 12 metri sul Kitt Peak vicino a Tucson, e il Northern Extended Millimeter Array Observatory in Francia.
"Quando otteniamo un'immagine del buco nero al centro della nostra galassia, allora possiamo limitare ulteriormente le deviazioni dalla relatività generale, " ha detto Özel.
Einstein avrà ancora ragione, poi?
