Relativité générale, La théorie de la gravité d'Einstein, est mieux testé à son extrême, près de l'horizon des événements d'un trou noir. Ce régime est accessible grâce à l'observation d'ombres de trous noirs supermassifs et d'ondes gravitationnelles, des ondulations dans la structure de notre Univers résultant de la collision de trous noirs de masse stellaire. Pour la première fois, des scientifiques du Centre d'excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav), le télescope Event Horizon (EHT) et la collaboration scientifique LIGO, ont décrit une approche cohérente pour explorer les écarts par rapport à la théorie de la relativité générale d'Einstein dans ces deux observations différentes. Cette recherche, Publié dans Examen physique D , confirme que la théorie d'Einstein décrit avec précision les observations actuelles des trous noirs, du plus petit au plus grand.

L'une des prédictions caractéristiques de la relativité générale est l'existence de trous noirs. La théorie fournit une description spécifique de l'effet d'un trou noir sur le tissu de l'espace-temps :un maillage à quatre dimensions qui code la façon dont les objets se déplacent dans l'espace et le temps. Connu comme le Métrique Kerr , cette prédiction peut être liée à la courbure de la lumière autour d'un trou noir, ou le mouvement orbital des trous noirs binaires. Dans cette étude, les écarts par rapport à la métrique Kerr étaient liés aux caractéristiques de ces observations de trous noirs.

En 2019, le télescope Event Horizon a généré des images de silhouette du trou noir au centre de la galaxie M87, avec une masse plusieurs milliards de fois celle de notre Soleil. La taille angulaire de l'ombre est liée à la masse du trou noir, sa distance de la Terre et les écarts possibles par rapport à la prédiction de la relativité générale. Ces écarts peuvent être calculés à partir des données scientifiques, y compris les mesures précédentes de la masse et de la distance du trou noir.

Pendant ce temps, Depuis 2015, les observatoires d'ondes gravitationnelles LIGO et Virgo détectent les ondes gravitationnelles provenant de la fusion des trous noirs de masse stellaire. En mesurant les ondes gravitationnelles des trous noirs en collision, les scientifiques peuvent explorer la nature mystérieuse et la métrique des trous noirs. Cette étude s'est concentrée sur les écarts par rapport à la relativité générale qui apparaissent comme de légères modifications de la hauteur et de l'intensité des ondes gravitationnelles, avant que les deux trous noirs n'entrent en collision et ne fusionnent.

Combinant les mesures de l'ombre du trou noir supermassif dans M87 et les ondes gravitationnelles de quelques détections binaires de trous noirs, appelé GW170608 et GW190924, les chercheurs n'ont trouvé aucune preuve d'écarts par rapport à la relativité générale. Le co-auteur de l'étude et assistant de recherche OzGrav Ethan Payne (Université nationale australienne) a expliqué que les deux mesures fournissaient des résultats similaires, contraintes cohérentes. "Différentes tailles de trous noirs peuvent aider à briser le comportement complémentaire observé ici entre les observations EHT et LIGO/Virgo, " a déclaré Payne. " Cette étude jette les bases de futures mesures des écarts par rapport à la métrique Kerr. "