• Los astrofísicos Sergio
Mendoza, Tula Bernal y Juan Carlos Hidalgo, del Instituto de Astronomía,
propusieron en 2010 modificar la Ley de Gravitación Universal
de Newton y ahora completan su argumento con una versión
relativista de la gravitación extendida
• Encontraron una forma de determinar la curvatura del espacio
por la presencia de masas observadas directamente, a diferencia
de aproximaciones teóricas
Los astrofísicos Sergio Mendoza, Tula
Bernal y Juan Carlos Hidalgo, del Instituto de Astronomía (IA)
de la UNAM, en colaboración con su colega italiano Salvatore
Capozziello, de la Universidad Federico II de Nápoles, elaboraron
una teoría métrica relativista que describe el comportamiento
de partículas bajo el influjo de fuerzas gravitacionales muy
débiles, como aquellas sentidas a escalas galácticas.
Su trabajo busca una solución relativista
a la Teoría de la Gravitación que no considera a la
materia oscura, utilizada por la mayoría de los astrofísicos
del mundo para explicar fenómenos galácticos y cosmológicos.
En septiembre de 2010, Mendoza y su grupo
–junto con el astrónomo Xavier Hernández, también
investigador del IA— propusieron reformular la Ley de Gravitación
Universal de Isaac Newton, con un planteamiento de Gravedad Extendida
que pretende explicar inconsistencias entre los fenómenos observados
a distancias galácticas y el comportamiento predicho por la
teoría clásica.
La formulación, publicada el año
pasado en dos artículos, en la revista Astronomy &
Astrophysics, 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.
Nuevos resultados
El grupo de investigadores ha trabajado por
más de un año en la búsqueda de la ampliación
de la teoría de Gravitación Extendida, dada a conocer
a mediados de 2010.
Argumentan que las partes externas de sistemas
muy masivos con extensiones galácticas sienten una fuerza de
atracción mayor a la prevista por las teorías de Newton
y Einstein.
En esas regiones la aceleración sufrida
por los cuerpos es menor a la llamada aceleración de Milgrom,
que se presenta ahora como una nueva constante fundamental de la naturaleza.
La Gravitación Extendida toma como
base una nueva escala de masa-longitud, proporcional al cociente de
la masa entre el cuadrado de la distancia.
En consideración de estos parámetros,
junto con la velocidad de la luz, los científicos han construido
una teoría métrica relativista para aquellos objetos
que experimentan muy bajas aceleraciones, de tal suerte que la nueva
teoría deriva naturalmente en la gravitación extendida
newtoniana para partículas que viajan a velocidades sublumínicas,
y en la gravitación relativista de Einstein, para escalas subgalácticas,
donde la masa-longitud es grande.
Desde hace más de 30 años,
se observa una serie de comportamientos inesperados en múltiples
sistemas estelares y galácticos. En general, los movimientos
de las estrellas que se encuentran en las afueras de las galaxias
y de los cúmulos globulares, así como los de las pertenecientes
a grandes supercúmulos, son mucho mayores a lo predicho por
las leyes de gravedad de Newton y Einstein.
De tal manera que la fuerza centrífuga
que debieran sentir habría ya dispersado dichos sistemas. Como
esto no ha sucedido, se infiere que existe una mayor fuerza gravitacional
que los mantiene unidos.
A nivel cosmológico también
se observan anomalías en las llamadas lentes gravitacionales
y la acelerada expansión del Universo. Para explicar estas
últimas es que se requiere una nueva teoría relativista.
Tres corrientes de pensamiento han buscado
explicar estos fenómenos. La más popular a nivel mundial
ha sido inferir la existencia de gran cantidad de materia exótica
que no observamos, pero que genera tal fuerza gravitatoria. La segunda,
conocida como MOND (siglas en inglés de Modified Newtonian
Dynamics) propone modificar la reacción dinámica en
la segunda ley de Newton, para sistemas sujetos a bajas aceleraciones.
La corriente alterna de Gravitación
Extendida propone mantener la definición dada por la segunda
ley, y ajustar así la correcta fuerza a partir de observaciones
astronómicas. Algo que da confianza a los partidarios es que
todas las anomalías aparecen justamente si los sistemas sufren
aceleraciones menores.
Los científicos mexicanos e italianos han encontrado cómo
se curva el espacio por la presencia de masas directamente de observaciones
astronómicas, a diferencia de las aproximaciones puramente
teóricas propias de otras teorías gravitacionales, como
las supercuerdas o la gravitación cuántica.
Han pasado ya 95 años desde que Eisntein
y el matemático David Hilbert formularon una teoría
relativista de cómo el espacio se curvaba debido a la presencia
de masas, con observaciones del movimiento de los planetas alrededor
del Sol. Hoy, el equipo de Mendoza ha repetido esta tarea con una
extensa recopilación de observaciones en diversos ambientes
astronómicos.
La teoría métrica de gravitación
relativista extendida, como le llaman sus creadores, será publicada
en la revista European Physical Journal C. Los investigadores
continuarán en el trabajo para completar el planteamiento,
así como en determinar las consecuencias astrofísicas
y cosmológicas.
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