Algemene relativiteitstheorie, Einsteins zwaartekrachttheorie, wordt het best getest op zijn meest extreme manier - dicht bij de waarnemingshorizon van een zwart gat. Dit regime is toegankelijk via observaties van schaduwen van superzware zwarte gaten en zwaartekrachtsgolven - rimpelingen in het weefsel van ons heelal van botsende zwarte gaten met stellaire massa. Voor de eerste keer, wetenschappers van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), de Event Horizon Telescope (EHT) en de LIGO Scientific Collaboration, hebben een consistente benadering geschetst voor het onderzoeken van afwijkingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie in deze twee verschillende waarnemingen. Dit onderzoek, gepubliceerd in Fysieke beoordeling D , bevestigt dat de theorie van Einstein de huidige waarnemingen van zwarte gaten nauwkeurig beschrijft, van de kleinste tot de grootste.

Een van de kenmerkende voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie is het bestaan ​​van zwarte gaten. De theorie geeft een specifieke beschrijving van het effect van een zwart gat op het weefsel van ruimte-tijd:een vierdimensionaal gaas dat codeert hoe objecten door ruimte en tijd bewegen. Bekend als de Kerr-statistiek , deze voorspelling kan te maken hebben met de afbuiging van licht rond een zwart gat, of de orbitale beweging van binaire zwarte gaten. In dit onderzoek, de afwijkingen van de Kerr-metriek waren gekoppeld aan kenmerken in deze waarnemingen van zwarte gaten.

in 2019, de Event Horizon Telescope genereerde silhouetbeelden van het zwarte gat in het centrum van de melkweg M87, met een massa van enkele miljarden keren die van onze zon. De hoekgrootte van de schaduw is gerelateerd aan de massa van het zwarte gat, de afstand tot de aarde en mogelijke afwijkingen van de voorspelling van de algemene relativiteitstheorie. Deze afwijkingen kunnen worden berekend uit de wetenschappelijke gegevens, inclusief eerdere metingen van de massa en afstand van het zwarte gat.

In de tussentijd, sinds 2015 detecteren de LIGO- en Virgo-observatoria voor zwaartekrachtgolven zwaartekrachtsgolven van samensmeltende zwarte gaten met stellaire massa. Door de zwaartekrachtsgolven van de botsende zwarte gaten te meten, wetenschappers kunnen de mysterieuze aard en metriek van de zwarte gaten verkennen. Deze studie richtte zich op afwijkingen van de algemene relativiteitstheorie die zich voordoen als kleine veranderingen in de toonhoogte en intensiteit van de zwaartekrachtsgolven, voordat de twee zwarte gaten botsen en samensmelten.

Door de metingen van de schaduw van het superzware zwarte gat in M87 te combineren met de zwaartekrachtsgolven van een aantal binaire detecties van zwarte gaten, genaamd GW170608 en GW190924, de onderzoekers vonden geen bewijs voor afwijkingen van de algemene relativiteitstheorie. Co-auteur van de studie en OzGrav-onderzoeksassistent Ethan Payne (Australian National University) legden uit dat de twee metingen vergelijkbare, consistente beperkingen. "Verschillende groottes van zwarte gaten kunnen helpen het complementaire gedrag dat hier wordt gezien tussen EHT- en LIGO / Maagd-waarnemingen te doorbreken, "zei Payne. "Deze studie legt de basis voor toekomstige metingen van afwijkingen van de Kerr-metriek."