Pistas de "gravidade quântica" podem estar escondidas nas canções dos buracos negros

Das quatro forças fundamentais da física, a gravidade é aquela com a qual estamos mais familiarizados na vida cotidiana, mas também é a única que atualmente não pode ser explicada pela física quântica. Agora, os cientistas delinearam um plano para procurar sinais de gravidade quântica no cosmos, ouvindo o 'toque' de buracos negros em colisão.

Três das quatro forças fundamentais – o eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca – podem ser descritas como campos e são carregadas por partículas específicas. O eletromagnetismo, por exemplo, é transportado por fótons e cria campos elétricos e magnéticos.

A gravidade, no entanto, não pode ser explicada dessa maneira. Por enquanto, o melhor modelo que temos é a teoria geral da relatividade de Einstein, mas em certas situações – como perto de buracos negros – essa teoria falha, indicando que está incompleta. Durante décadas, os cientistas procuraram uma teoria da gravidade quântica, que explicaria a força em termos da mecânica quântica transportada por uma partícula hipotética chamada gráviton, mas até agora as evidências nos iludiram.

Agora, um par de novos estudos delineou como os astrofísicos poderiam procurar por pistas nos próximos anos. Ondas gravitacionais são ondulações no próprio tecido do espaço-tempo, produzidas por eventos cataclísmicos como colisões entre buracos negros e/ou estrelas de nêutrons, que são detectáveis ​​por observatórios como o LIGO. A equipe mostrou que os 'tons' dessas colisões podem sugerir uma física que não se alinha com os modelos atuais.

“Quando dois buracos negros se fundem para produzir um buraco negro maior, o buraco negro final soa como um sino”, disse Yanbei Chen, coautor de ambos os estudos. "A qualidade do toque, ou seu timbre, pode ser diferente das previsões da relatividade geral se certas teorias da gravidade quântica estiverem corretas. Nossos métodos são projetados para procurar diferenças na qualidade dessa fase de toque, como os harmônicos e conotações, por exemplo."

O primeiro estudo apresenta uma nova equação que descreve como os buracos negros tocariam sob diferentes teorias da gravidade quântica. É baseado em uma equação desenvolvida pela primeira vez pelo físico teórico Saul Teukolsky na década de 1970. No segundo estudo, a equipe descreve como a nova equação pode ser aplicada aos dados adquiridos pelo LIGO, filtrando o ruído de fundo.

Com o LIGO voltando a funcionar recentemente após uma pausa de três anos para atualizações, em breve poderemos testar a ideia da gravidade quântica.

A pesquisa foi publicada nas revistas Physical Review X e Physical Review Letters.

Fonte: Caltech See More