Un sistema Newtoniano imita la “calvicie” de los agujeros negros giratorios

Clifford Will espera aprender más sobre los pequeños agujeros negros que orbitan alrededor de los masivos giratorios en la relatividad general, donde la constante relativista de Carter desempeña un papel clave.

Los agujeros negros giratorios han sido descritos como uno de los objetos más perfectos de la naturaleza.

Tal y como se describe en la solución de Kerr a las ecuaciones de campo gravitatorio de Einstein, su geometría del espacio-tiempo está completamente caracterizada por sólo dos números — masa y giro — y a veces se describe por el aforismo de “los agujeros negros no tienen pelo”.

Una partícula orbitando un agujero negro giratorio siempre conserva su energía y momento angular, pero por lo demás sigue un complejo patrón en forma de roseta retorcida sin regularidad discernible.

Pero en 1968, el físico teórico y cosmólogo Brandon Carter demostró que los alocados giros de las partículas tenían, no obstante, otra variable fija, que se llamó “constante de Carter”. El verdadero significado de la constante de Carter aún sigue siendo bastante misterioso 40 años después de su descubrimiento.

Ahora el Doctor Clifford M. Will, Profesor James S. McDonnell de Física en Arte y ciencias en la Universidad de Washington en St. Louis, ha demostrado que, incluso en la teoría de la gravitación de Newton, existen ordenaciones de masas cuyos campos gravitatorios admiten un movimiento similar al de la constante de Carter, además de la energía y momento angular.

Es más, la desviación de la forma del campo respecto de la esfera está determinada por un conjunto de ecuaciones que son idénticas a las de los agujeros negros de Kerr.

En su artículo “Carter-like Constants of the Motion in Newtonian Gravity and Electrodynamics“, en el ejemplar del 12 de febrero de la revista Physical Review Letters, Will señala que un sistema Newtoniano que exhibe esta propiedad es sorprendentemente simple: dos masas puntuales iguales en reposo separadas por una distancia fija.

“Quedé completamente impactado cuando vi que la condición Newtoniana para una constante de Carter era idéntica a la condición impuesta para los teoremas de los agujeros negros sin pelo”, dijo Will. “¿Por qué sucede esto? Hasta el momento no tengo ninguna pista”.

“BPero lo que espero realmente es que la nueva visión lograda sobre esta extraña constante en el contexto Newtoniano más simple nos enseñará algo sobre cómo los agujeros negros pequeños orbitan alrededor de los agujeros negros masivos giratorios en la relatividad general, donde la constante relativista de Carter desempeña un papel clave”.

Esto tendrá implicaciones para la astronomía de ondas gravitatorias, dice, dado que la señal de tal evento puede ser detectable en la red avanzada LIGO-VIRGO-GEOde detectores interferométricos láser terrestres o por la propuesta para el espacio LISA (Antena Espacial Interferométrica Láser).

Will, que está de visita en el Instituto de Astrofísica de París, es un físico teórico cuyo interés investigador abarca desde lo observacional a las implicaciones astrofísicas de la teoría general de la relatividad de Einstein, incluyendo la radiación gravitatoria, agujeros negros, cosmología, física del espacio-tiempo curvado y la interpretación de pruebas experimentales de la relatividad general.

El libro de Will “Was Einstein Right? (¿Estaba Einstein en lo cierto?)” (1986) ganó el Premio de Escritura Científica del Instituto Americano de Física. Su “Theory and Experiment in Gravitational Physics (Teoría y Experimento en Física Gravitatoria)” (1981) está considerada como la Biblia del campo.