Osvaldo M. Moreschi

Profesor de FaMAF, UNC
Investigador del CONICET
Ph. D. University of Pittsburgh
 
 
 
 
 
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Descripción de las líneas de investigación

¿Que es eso de la relatividad general? ¿Tiene efecto en la vida cotidiana?

La `relatividad general' es la teoría o descripción relativista de la gravitación. Surgió por la necesidad de tener un marco teórico donde se pudiese describir los fenómenos relativistas y gravitatorios.

En la vida cotidiana aparece en la construcción de sistema de posicionamiento global com GPS. Sin la relatividad general, estos sistemas no tendrían la precisión que poseen actualmente.

Ecuaciones de movimiento de cuerpos compactos en relatividad general 

Nuestra línea de trabajo está dirigida a obtener una descripción dinámica adecuada de sistemas aislados en relatividad general; en particular se desea describir el sistema de cuerpos compactos y dar una descripción precisa de las características de las ondas gravitacionales emitidas por sistemas astrofísicos que puedan ser observadas con la nueva generación de detectores.

Un paso fundamental en esta dirección es el cálculo de la ecuación de movimiento para cuerpos compactos que tenga en cuenta el balance debido a la pérdida de momento por la radiación gravitacional. Se incluye el cálculo de la radiación emitida por partícula en la ecuación de movimiento.

Con esta construcción podemos realizar cálculos para estimar la radiación gravitatoria total emitida en procesos de coalescencia de dos agujeros negros. En un trabajo previo hemos podido derivar las ecuaciones de movimiento de partículas cargadas del requerimiento del balance del momento total emitido por la partícula en su movimiento acelerado. En esta línea de trabajo se aplican las mismas ideas básicas pero al ambiente de la relatividad general para cuerpos compactos. De esta manera hemos encontrado las correcciones a las ecuaciones de movimiento de cuerpos compactos usando el requerimiento del balance del momento total emitido en forma de radiación gravitatoria debido a las aceleraciones del cuerpo. Esto provee de un modelo simplificado para cálculo de la radiación emitida en sistemas binarios; que son de gran interés para los observatorios interferométricos de ondas gravitacionales.
Sistema binario compacto en coalescencia.

Existen varios detectores, u observatorios de ondas gravitacionales. En lo que sigue presentamos fotos, satelitales y aéreas de los más grandes detectores del mundo.

Vista satelital del detector de ondas gravitacionales ubicado en Handford, estado de Washington, en el oeste de Estados Unidos. Vista satelital del detector LIGO de ondas gravitacionales ubicado en Livingston, estado de Luisiana, en el sureste de Estados Unidos.
Vista satelital del detector LIGO de ondas gravitacionales, de 4km de lado, ubicados en Handford, estado de Washington, en el noroeste de Estados Unidos y el otro ubicado en Livingston, estado de Luisiana, en el sureste de Estados Unidos.

Vista aérea del detector LIGO en Livingston. Otra vista aérea del detector LIGO en Livingston.
Vistas aéreas del detector LIGO en Livingston.

Vista satelital del detector de ondas gravitacionales VIRGO, de 3km de lado, cerca de Pisa, en Italia. Vista satelital del detector GEO, de 600m de lado, ubicado cerca de Hannover, en Alemania.
En la izquierda, vista satelital del detector de ondas gravitacionales VIRGO, de 3km de lado, cerca de Pisa, en Italia. En la derecha, vista satelital del detector GEO, de 600m de lado, ubicado cerca de Hannover, en Alemania.

Nuestra línea de investigación pretende ofrecer un método viable para el cálculo de la radiación gravitacional que deberían detectar los observatorios interferométricos de ondas gravitacionales por medio de ecuaciones de movimiento adecuadas para los cuerpos compactos.

Enlace a una presentación de conferencia en la GR22 en Valencia, 2019.
Enlace al artículo: Modeling the dynamics of black holes through balanced equations of motion
Enlace al artículo: Modeling the dynamics of black holes through balanced equations of motion in the null gauge
Enlace al artículo: Global dynamical time for binary point-like particle systems

Agujeros negros aislados

Los agujeros negros son los objetos más compactos que se encuentran en la naturaleza. Son tan compactos que su campo gravitatorio impide que salga la luz de ellos; de allí su nombre. Existen agujeros negros con masa unas diez veces la masa del Sol; pero existen también agujeros negros con una masa de millones de veces la masa del Sol. Por ejemplo, en el centro de nuestra galaxia, La Vía Láctea, se encuentra un agujero negro supermasivo.

Es esta línea de investigación estudiamos las características de agujeros negros muy cerca de los mismos; más precisamente muy cerca del llamado horizonte de eventos.

Hemos podido construir por primera vez un sistema de coordenadas doblemente nulo global; que se puede aplical al estudio analítico como numérico de diversos fenómenos físicos en las cercanías de un agujero negro con momento angular.

Se ha aplicado esta construcción para el cálculo numérico de un campo escalar cruzando el horizonte de eventos de un agujero negro con momento angular.

Hemos podido construir por primera vez un diagrama conforme global para un agujero negro con momento angular.


Enlace a una presentación de conferencia en la GR22 en Valencia, 2019, de nuestro trabajo.
Enlace al artículo: Double null coordinates for Kerr spacetime
Enlace al artículo: Double null evolution of a scalar field in Kerr spacetime
Enlace al artículo: Global conformal diagram of a black hole with angular momentum

Ondas gravitacionales

Asociado a las observaciones de las ondas gravitacionales por detectores mencionados anteriormente, surge la necesidad de estudiar e interpretar toda la información física codificada en estos datos. En esta línea de investigación realizamos estudios independientes, a los llevados a cabo por la LIGO/Virgo Collaboration. Mediante estos estudios hemos encontrado más datos que los reportado por LIGO en el evento GW150914.
Señal del evento GW150914 luego de aplicar nuestro sistema de filtros. Se observa una señal de baja frecuencia, marcada en color entre -0,5s y -0,2s, que no fue estudiada por la LIGO/Virgo Collaboration. Se nota la coincidencia en frecuencia y fase de las señales de ambos detectores y con las respectivas estimaciones teóricas('templates') sugeridos por LIGO. Nuestros filtros están diseñados para evitar anular señales físicas contenidas en los datos observacionales.

Una herramienta importante fue la construcción de una medida para detectar señales similares en dos observatorios de ondas gravitacionales.

Con estas técnicas hemos podido medir por primera vez los modos de polarización de ondas gravitacionales.


Enlace al artículo: Convenient filtering techniques for LIGO strain of the GW150914 event
Enlace al artículo: Comparison of unknown gravitational-wave signals in two detectors
Enlace al artículo: Sky localization and polarization mode reconstruction of gravitational waves from GW170104 and GW150914

Lentes gravitacionales aisladas

La distribución de materia altera la geometría del espaciotiempo. Es así que cuando la luz viaja grandes distancias, dicho viaje es afectado por la curvatura del espaciotiempo. De esta manera se generan efectos observables astrofísicos que deforman las imágenes de los objetos observados. Genéricamente se habla de lentes gravitacionales. Se puede mencionar las llamadas lentes débiles, las micro-lentes y las lentes fuertes.

En un trabajo previo hemos deducido ecuaciones generales para los escalares ópticos en los fenómenos de lentes gravitacionales débiles. El objetivo en esta línea es aplicar las ecuaciones calculadas anteriormente, por nosotros, para la descripción de sistemas astrofísicos; tal vez con la introducción de nuevas geometrías. Además se considerarán otras simetrías en las soluciones, como las simetrías esferoidales.

También hemos podido progresar en el cálculo de efectos de lente gravitacional generados por un agujero negro con momento angular.
La imagen de la izquierda es obtenida de nuestro cálculo teórico, que representa el agujero negro supermasivo M87*, modelado por un disco de dos temperaturas rotante, alineado con el jet observado. Se toma en cuenta el corrimiento al rojo/azul, debido a la gravitación y el movimiento, como así también la amplificación por lente gravitacional. Luego se aplica un esfumado gausiano. La flecha muestra la dirección proyectada del momento angular del agujero negro supermasivo, ubicado en el centro. El momento angular es opuesto al jet observado. La imagen de la derecha es la publicada por la Event Horizon Telescope Collaboration, que corresponden a las observaciones de 'April 11'. Queda claro que obtenemos una imagen muy parecida en los aspectos más relevantes desde el punto de vista astrofísico.

Enlace a una presentación de conferencia en la GR22 en Valencia, 2019, de nuestro trabajo.
Enlace al artículo: Efficient gravitational lens optical scalars calculation of black holes with angular momentum
Enlace al artículo: Strong gravitational lens image of the M87 black hole with a simple accreting matter model
Enlace al artículo: Synthetic gravitational lens image of the Sagittarius A* black hole with a thin disc model

Lentes gravitacionales en cosmología

En esta línea se planea extender las metodología de nuestro trabajo anterior, para sistemas aislados, al régimen cosmológico en que el espaciotiempo no puede ser considerado asintóticamente plano.

Este tipo de estudio pretende ayudar a comprender situaciones de observaciones que todavía no se entienden muy bien, como la inesperada falta de intensidad en la observaciones de supernovas muy distantes. La interpretación usual hasta ahora es que es un efecto de la curvatura, que implica una aceleración de las galaxias distantes; pero que contradice la naturaleza atractiva de la gravitación. Esto conduce a algunos autores a conjeturar conceptos exóticos como `energía oscura'. Creemos que un estudio detallado de las lentes y de los promedios, mencionados a continuación, puede dar una nueva luz sobre estos temas.

Enlace a una presentación de conferencia en la GR22 en Valencia, 2019, de nuestro trabajo.
Enlace al artículo: Gravitational lens optical scalars in terms of energy-momentum distributions in the cosmological framework

Momento angular intrínseco de sistemas aislados

La energía, el momento total y el momento angular total de un sistema en el ámbito de la relatividad especial, son conceptos básicos y fundamentales que se definen a partir de las simetrías del espaciotiempo.

A partir del momento total y del momento angular total se puede definir el momento angular intrínseco del sistema.

Sin embargo en la relatividad general la definición de momento angular total padece del llamado problema de las supertranslaciones. Esto es debido a que en relatividad general las simetrías asymptóticas son más complicadas que en el caso de la relatividad general.

En este campo hemos podido definir por primera vez la noción de momento angular intrínseco libre de problema de supertranslaciones en relatividad general.

Enlace al artículo: Intrinsic angular momentum and center of mass in general relativity
Enlace al artículo: Intrinsic angular momentum for radiating spacetimes which agrees with the Komar integral in the axisymmetric case

Promedios en espaciotiempos curvos

En problemas cosmológicos, surge a menudo la temática de la noción de promedios. Hemos construido recientemente una noción de promedio, sobre espacio curvo que pueda ser usado sin inconvenientes en los estudios de sistemas astrofísicos en los que la modelización de la geometría efectiva por medio de promedios, es ineludible. Se desea aplicar esta definición de promedio al cálculo concreto de sistemas astrofísicos en el contexto cosmológico y en la escala de cúmulos de galaxias.

Procesos físicos en el universo temprano

En esta línea de trabajo planteamos el estudio de las  implicaciones del principio de causalidad  sobre las posibles condiciones  iniciales de los campos físicos en el Universo temprano. Anteriormente probamos que la densidad de entropía tiende a cero cuando uno se aproxima a la  singularidad inicial. Deseamos completar  el estudio de las consecuencias de  este resultado. En particular se pretende construir un modelo consistente cosmológico que tome en cuenta el comportamiento asintótico de la entropía para tiempos tempranos.

Cuestiones fundamentales de la física teórica

Es nuestra intención proseguir con diversos estudio de cuestiones fundamentales de la física teórica. Recientemente hemos hecho una recapitulación del marco teórico de la relatividad general. Solemos presentar esto estudios en ámbitos de estudios epistemológicos.

Enlace a una presentación de conferencia en las XXX Jornadas de Epistemología e Historia de la Ciencia, 2019, de nuestro trabajo.
Enlace a una presentación de conferencia en las II Jornadas de Fundamentos, Filosofía e Historia de la Física, 10, 13 y 14 de septiembre, 2021 - Buenos Aires - Argentina, de nuestro trabajo.


 

Última actualización: octubre, 2025