Sergio Mendoza y Xavier Hernández, astrofísicos
mexicanos del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM, propusieron
reformular la Ley de Gravitación Universal de Isaac Newton,
con un planteamiento de Gravedad Extendida que pretende explicar
una serie de inconsistencias entre los fenómenos observados
a distancias galácticas y el comportamiento predicho por
la teoría clásica.
La formulación, publicada este año en dos
artículos, en la revista Astronomy & Astrophisics, y
en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ofrece una
nueva expresión para la fuerza de gravedad, que resulta indistinguible
de la Ley de Newton a escalas del Sistema Solar, pero a niveles
galácticos decae más lentamente que lo señalado
por la formulación del físico inglés.
Un ejemplo es el de las galaxias espirales, que rotan más
rápido de lo esperado, tanto que el gas y las estrellas que
las componen, debieran dispersarse al girar como rehilete de agua;
sin embargo, la fuerza que las mantiene unidas compensa la centrífuga
originada por el movimiento de rotación.
Los modelos dominantes para explicar esta discrepancia
han consistido en postular que hay más materia de la que
se observa, la llamada materia oscura, cuya fuerza gravitacional
debiera mantener unida a la galaxia. No obstante, debe poseer propiedades
exóticas como no absorber ni emitir luz, traspasar la materia
ordinaria, ocupar grandes extensiones de espacio sin agrumarse,
además de componer el 90 por ciento de la materia del Universo.
Por décadas, se ha invertido esfuerzo y dinero para
detectar esta hipotética materia, pero no se ha logrado,
lo que ha llevado a los científicos a buscar soluciones alternativas.
Exploran camino alterno
La Ley de la Gravitación Universal, propuesta por
Newton en 1687 en su libro Principios matemáticos de
la filosofía natural, establece una relación
cuantitativa para la fuerza de atracción entre dos objetos
con masa.
Sostiene que todo objeto en el Universo que posea masa
ejerce una atracción gravitatoria sobre cualquier otro objeto
con masa, aún si están separados por una gran distancia
(como sucede con las estrellas binarias, que están asociadas,
aunque a veces están muy lejos una de la otra).
Mendoza y Hernández han explorado un camino alterno
que descarta la presencia de materia oscura. Infieren que la fuerza
atractiva que produce la materia observada a distancias galácticas
es mayor de lo supuesto. Este proceder es el que el mismo Newton
recomienda: buscar las fuerzas que rigen el movimiento de los astros
en vez de postular sustancias exóticas. Puede ser encontrado
en el prefacio de la segunda edición de su libro.
Los científicos también presentan pruebas
comparativas a lo largo de todas las escalas astronómicas,
con resultados dentro de los rangos de error de las mejores mediciones
hechas a la fecha, incluidas las de posición y movimiento
del Sistema Solar, que tienen una precisión fraccional de
hasta una parte en un billón.
Igualmente, presentan predicciones verificables para numerosos
problemas de actualidad. La propuesta explica múltiples inconsistencias
a lo largo de todas las escalas astronómicas, sin precisar
la de la materia oscura.
Este resultado replantea la visión que se ha tenido
del cosmos en los últimos 30 años, desde que Fritz
Zwicky y Vera Rubin postularon la existencia de la materia oscura.
La Gravedad Extendida abre nuevas líneas de investigación,
como buscar su versión relativista, revisar las consecuencias
en torno a la curvatura del espacio y su expansión, y dar
respuesta al problema de la energía oscura.
Por más de 30 años, grupos de investigación
que consideran insatisfactoria la teoría de la materia oscura
han trabajado modelos gravitacionales alternativos.
Parte de ellos han seguido los Modelos de Dinámica
Modificada (MOND, por sus siglas en inglés) de Mordehai Milgrom,
de 1981, que planteó un cambio en la segunda ley de Newton
(describe la dinámica de una partícula de masa acelerada
por la acción de una fuerza) para aquellos sistemas que sufrieran
aceleraciones pequeñísimas, pero las expresiones matemáticas
de MOND han resultado rebuscadas y difíciles de aplicar.
Hernández y Mendoza, junto con su equipo de trabajo
conformado por el investigador posdoctoral Juan Carlos Hidalgo y
las estudiantes de doctorado y maestría Tula Bernal y Teresita
Suárez, han propuesto una alternativa equivalente a MOND,
mediante el desarrollo de las potencias de la expresión gravitacional
de la fuerza de Newton, conocida como F= GMm/r2.
La Gravedad Extendida detalla la fuerza sentida por los
objetos a todas las distancias astronómicas; coincide con
la descripción propuesta por Newton para el Sistema Solar,
y con las planteadas por MOND para los sistemas galácticos.
Además, puntualiza la fuerza sentida por sistemas intermedios
como las galaxias elípticas.
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