Relatività generale, La teoria della gravità di Einstein, è meglio testato al suo punto più estremo, vicino all'orizzonte degli eventi di un buco nero. Questo regime è accessibile attraverso le osservazioni di ombre di buchi neri supermassicci e onde gravitazionali, increspature nel tessuto del nostro Universo dovute alla collisione di buchi neri di massa stellare. Per la prima volta, scienziati dell'ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), l'Event Horizon Telescope (EHT) e la collaborazione scientifica LIGO, hanno delineato un approccio coerente per esplorare le deviazioni dalla teoria della relatività generale di Einstein in queste due diverse osservazioni. Questa ricerca, pubblicato in Revisione fisica D , conferma che la teoria di Einstein descrive accuratamente le attuali osservazioni dei buchi neri, dal più piccolo al più grande.

Una delle previsioni tipiche della relatività generale è l'esistenza dei buchi neri. La teoria fornisce una descrizione specifica dell'effetto di un buco nero sul tessuto dello spazio-tempo:una maglia quadridimensionale che codifica il modo in cui gli oggetti si muovono nello spazio e nel tempo. Conosciuto come il metrica di Kerr , questa previsione può essere correlata alla flessione della luce attorno a un buco nero, o il moto orbitale dei buchi neri binari. In questo studio, le deviazioni dalla metrica di Kerr sono state collegate alle caratteristiche di queste osservazioni del buco nero.

Nel 2019, l'Event Horizon Telescope ha generato immagini di silhouette del buco nero al centro della galassia M87, con una massa parecchi miliardi di volte quella del nostro Sole. La dimensione angolare dell'ombra è correlata alla massa del buco nero, la sua distanza dalla Terra e le possibili deviazioni dalla previsione della relatività generale. Queste deviazioni possono essere calcolate dai dati scientifici, comprese le misurazioni precedenti della massa e della distanza del buco nero.

Nel frattempo, dal 2015 gli osservatori di onde gravitazionali LIGO e Virgo rilevano onde gravitazionali dalla fusione di buchi neri di massa stellare. Misurando le onde gravitazionali dei buchi neri in collisione, gli scienziati possono esplorare la natura misteriosa e le metriche dei buchi neri. Questo studio si è concentrato sulle deviazioni dalla relatività generale che appaiono come lievi modifiche al tono e all'intensità delle onde gravitazionali, prima che i due buchi neri si scontrino e si uniscano.

Combinando le misurazioni dell'ombra del buco nero supermassiccio in M87 e le onde gravitazionali da un paio di rilevazioni binarie di buchi neri, denominati GW170608 e GW190924, i ricercatori non hanno trovato prove di deviazioni dalla relatività generale. Il coautore dello studio e assistente di ricerca di OzGrav Ethan Payne (Australian National University) ha spiegato che le due misurazioni hanno fornito risultati simili, vincoli coerenti. "Diverse dimensioni dei buchi neri possono aiutare a rompere il comportamento complementare visto qui tra le osservazioni di EHT e LIGO/Virgo, " ha detto Payne. "Questo studio pone le basi per future misurazioni delle deviazioni dalla metrica di Kerr".