El Sofista

El caso de MOND sobre la Teoría de la Materia Oscura

Según la segunda ley de la dinámica newtoniana, los objetos ubicados en los bordes exteriores de la galaxias deben tener velocidades menores a los objetos cercanos al centro. Pero las observaciones confirman que las galaxias rotan con una velocidad uniforme. Algunos astrónomos creen que el comportamiento orbital de las galaxias se explica con mayor precisión mediante la Dinámica Newtoniana Modificada o Modified Newtonian Dynamics (MOND) —una versión modificada de la segunda ley de Newton— en lugar de con la teoría de la materia oscura, una teoría rival de gran aceptación. La teoría de la materia oscura supone que un halo de materia oscura rodea cada galaxia, lo que suministra la suficiente materia (y gravedad) para que todas las estrellas del disco galáctico giren alrededor de su centro a la misma velocidad. Sin embargo, MOND da otra explicación y un estudio reciente de ocho galaxias enanas que giran alrededor de la Vía Láctea parece favorecer el enfoque de MOND por sobre la teoría de la materia oscura. (En la imagen: galaxias satélites de la Vía Láctea:

Clic sobre la imagen para ampliarla.) —MOND se propuso por primera vez para dar cuenta de las cosas que vemos en el universo distante —dijo Garry Angus, de la Universidad de St. Andrews. —Este es el primer estudio detallado en el cual pudimos comprobar la teoría en algo más cercano a casa. Los cálculos de MOND y las observaciones parecen concordar sorprendentemente bien.

Por lo general la ecuación F=ma (fuerza = masa por aceleración) resuelve los problemas de aceleración básicos. Pero no explica las observaciones de la rotación de las galaxias. MOND indica que en valores de aceleración bajos, la aceleración de una partícula no es linealmente proporcional a la fuerza. Según Angus, MOND agrega una nueva constante de la naturaleza (a0) a la física, junto a la velocidad de la luz y la constante de Planck. Por encina de la constante, las aceleraciones se corresponden con exactitud a las predicciones de la segunda ley de Newton (F=ma). Por debajo, la gravedad decae con la distancia a partir de la masa, en vez de con el cuadrado de la distancia. Esta constante es tan pequeña que pasa inadvertida con las grandes aceleraciones que experimentamos en nuestra vida diaria. Por ejemplo, cuando lanzamos una pelota la gravedad es cien mil millones de veces más fuerte que a0 y el movimiento acelerado de la Tierra alrededor del Sol es cincuenta millones de veces más fuerte. Sin embargo, cuando los objetos se aceleran con extremada lentitud, como observamos en las galaxias o cúmulos de galaxias, entonces la constante establece una diferencia significativa en las fuerzas gravitaciones resultantes.

Cuando MOND se aplica a las galaxias enanas cercanas, un efecto es que las fuerzas de marea de la Vía Láctea, que tienen un efecto insignificante en la mecánica newtoniana clásica, establecen en realidad una gran diferencia. Esto es particularmente significativo para las galaxias enanas que orbitan cerca de la Vía Láctea.

—La gravedad interna de las galaxias enanas es muy débil en comparación con la gravedad de la Vía Láctea —dijo Angus—. Y agregó: —MOND indica que la Vía Láctea se comporta un poco como un banco que presta gravedad a las galaxias enanas cercanas para hacerlas más estables. Sin embargo, el préstamo tiene sus condiciones: si las galaxias enanas comienzan a aproximarse al banco, el préstamo se reduce gradualmente o incluso se cancela y las galaxias enanas deben devolverlo. Hemos visto en dos galaxias lo que podrían ser señales de que comenzaron a acercarse demasiado rápido y no son capaces de devolver el préstamo lo suficientemente rápido. Esto parece haber causado una interrupción de su equilibrio.

Angus utilizó MOND para calcular la relación de la masa con la cantidad de luz emitida por las estrellas en las galaxias enanas, a partir de observaciones aleatorias de las velocidades de estrellas elegidas independientemente. También calculó las trayectorias orbitales de las estrellas en las galaxias enanas. En un total de ocho casos, los cálculos de MOND para las órbitas estaban dentro de las predicciones. Para seis de ocho galaxias, los cálculos correspondieron adecuadamente con los valores previstos para la relación masa-luz. Sin embargo, para dos galaxias, Sextante o Sextans y Dragón o Draco, las relaciones eran muy elevadas, lo que bien podría sugerir efectos de marea. El valor para Sextante también podría deberse a mediciones de poca calidad de la luminosidad de la galaxia, la que según Angus mejora todo el tiempo para estos objetos ultra tenues.

—Estos efectos de marea pueden comprobarse si los datos de luminosidad de Sextante, de hace trece años, se actualizan, y si se efectúan observaciones precisas de las órbitas de Dragón y de Sextante alrededor de la Vía Láctea. También tenemos que llevar a cabo simulaciones detalladas para comprender los mecanismos exactos del calentamiento de marea —dijo Angus—.

Si la gravedad de Newton es verdadera, la materia oscura necesitada en las galaxias enanas tiene una densidad constante en el centro. Esto es contrario a las predicciones teóricas, las cuales indican que la densidad debe aumentar hacia el centro.

—Aún sin una detección directa, la teoría de la materia oscura es difícil de comprobar o refutar, y aunque no seamos ser capaces de comprobar si MOND es correcta, efectuando este tipo de pruebas podemos ver si sigue manteniéndose o si queda definitivamente refutada —dijo Angus—.

Fuente: Nancy Atkinson para Universe Today (en inglés).

escrito por el sofista @ martes, abril 08, 2008