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La gravedad bajo sospecha
Continuación de
¿Detectada la materia oscura?,
Galaxias de neutrinos,
Neutrinos,
MACHOs y exoplanetas,
Materia oscura
Si el lector recuerda algo de las clases de física de bachillerato, la mayoría de las lecciones giraban en torno a las leyes de Newton y la Ley de Gravitación Universal. Las primeras son un marco general para deducir la trayectoria de un objeto dada las fuerzas que actúan sobre él. A ese marco lo llamamos dinámica. La segunda es precisamente la que nos dice cómo son esas fuerzas en el caso de la gravedad: la ley de fuerzas.
Todas las evidencias que tenemos de que la materia oscura es la forma de materia dominante del universo vienen en último término de la observación de materia interaccionando mediante la gravedad. ¿No podría ser que esa materia oscura no sea más que un artefacto generado por utilizar una teoría gravitatoria equivocada?. Esa es una buena y vieja pregunta a la que la gente le ha echado muchas horas de trabajo. Porque el problema puede estar con nuestra dinámica, con nuestra ley de fuerzas o con ambas.
En 1983, Mordehai Milgrom publicaba una modificación de la dinámica conocida como MOND (
Modified Newtonian Dynamics). Sin embargo, la ley de fuerzas seguía siendo la misma. El objetivo de MOND era reproducir las
curvas de rotación galáctica. Y ¡vaya si lo logró!. Para ello introdujo una nueva constante con unidades de aceleración
a0 de tal manera que ahora la segunda ley de Newton dependía de la división
a/a0, siendo
a la aceleración. Básicamente lo que lograba con esto es que cuando las aceleraciones son muy pequeñas, las partícula sintieran mayor fuerza simulando la presencia de materia que realmente no estaba ahí. Además Milgrom debió caer en una especie de orgasmo intelectual cuando comprobó que el valor calculado de esa nueva constante que ajustaba las curvas de rotación galáctica era del mismo orden que el valor de la velocidad de la luz dividido por la edad del universo.
Una idea tan simple de entender para alguien que sabe poca física acompañada de ciertas cábalas numéricas tan embriagadoras terminó por propagar el orgasmo intelectual por toda la comunidad de potenciales
crackpots. Lo que no significa que la teoría no fuese interesante. Pero rápidamente uno caía en la cuenta en sus limitaciones.
En primer lugar fue una teoría concebida para explicar un hecho muy concreto: la negativa de la rotación de las galaxias a disminuir la velocidad de los objetos a medida que se alejan de su centro. Milgron hizo predicciones del comportamiento de las curvas de galaxias de bajo brillo superficial que fueron posteriormente confirmadas. Pero habría que ver cómo se enfrentaba la teoría a la explicación de mucha mayor fenomenología. En segundo lugar, la idea de Milgron era un paso atrás desde el punto de vista conceptual al formular una teoría que no es relativista. Mucho ha llovido desde 1983 y la teoría ha hecho pocos progresos en ambos aspectos --aunque
Jacob Bekenstein afirme haber logrado un marco teórico coherente--.
Otros autores han intentado
retocar las ecuaciones de campo sin éxito aparente. Pero nadie tenía ninguna duda de que era otra vía a explorar dentro del problema del origen de la materia oscura. Hasta que dos años atrás se publicara una observación crucial.
Imaginemos que tuviésemos una forma de mirar la distribución de galaxias y separar la materia oscura de la materia ordinaria y ver hacia dónde apunta la gravedad. Si ésta lo hiciese sólo hacia la materia ordinaria, entonces sabríamos que efectivamente la materia oscura es sólo un artefacto de la teoría gravitatoria. Pero si viésemos la gravedad apuntando también hacia la materia oscura tendríamos una evidencia rotunda de que está efectivamente ahí. La naturaleza se ha portado bien con nosotros y ha llevado a cabo el experimento.
A continuación podemos ver una imagen óptica del
cúmulo bala
que recibe este nombre por su imagen en rayos X
Lo que observamos en rayos X es el resultado de las ondas de choque de la colisión del gas intergaláctico de dos cúmulos de materia que producen el frenado de dicho gas.
Pero las galaxias que aparecen en el fondo de la imagen del cúmulo están ligeramente desplazadas de sus posiciones debidas al efecto de
lente gravitatoria. Calculando la posición de la masa que produce esta distorsión, podemos situar el centro gravitatorio del cúmulo, que en la próxima imagen están representado en azul --aparecen dos para cada acumulación de materia que han chocado--
Y ¡voilà!. Si juntamos las tres imágenes
Vemos que el campo de gravedad que produce la lente gravitatoria no está sobre el gas, sino sobre una zona invisible del cúmulo. ¡Ahí tienen la materia oscura!. --Ver mejor una
unión secuencial de las tres imágenes--
Eso es justo lo que debería pasar si la materia oscura existe y forma un parte importante de los cúmulos de galaxias. En el choque de ambas acumulaciones de materia, la materia ordinaria en forma de gas interacciona produciendo ondas de choque que la frenan, mientras la materia oscura que no interacciona electromagnéticamente sigue de largo, dejando atrás al gas.
Sería una conspiración cósmica bastante improbable que todo fuese un artefacto de la teoría gravitatoria pero todo sucediese tal y como si el modelo de materia oscura fuese correcto. Ya saben, si ruge, tiene rayas y va hacia ustedes, corran. Porque probablemente será un tigre.
Referencias
La materia oscura, detectada por primera vez. InfoAstro
Dark Matter Exists. Cosmic Variance
2008-06-17 01:25 | Astronomia, Fisica | 4 Comentarios
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Comentarios
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Me ha encantado este post. :)
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| De: Ringote |
Fecha: 2008-06-18 10:42 |
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¿La elección del los colores tiene algún remoto significado físico o es lo que le ha apetecido al informático?
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| De: Pedro J. |
Fecha: 2008-06-18 15:40 |
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Donde se ve el frente de choque del gas, la imagen es rayos X y los lóbulos azules son reconstrucciones de la distribución de masa a partir de la distorsión que produce la lente gravitatoria. Luego la respuesta a Ringote es que los colores son arbitrarios aunque con brillo proporcional a la cantidad de gas.
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| De: alshain |
Fecha: 2008-06-19 15:41 |
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Muy bien la entrada y el acento en la observación del cúmulo bala. Lo que haría falta sería encontrar otra situación similar para poder confirmar mejor tal efecto. En cualquier caso, lo que parece claro poco a poco es que si MOND ha de ser correcta sólo puede serlo asumiendo también masa invisible, cosa que me temo va en contra de la idea original al diseñar tal teoría, además de ser difícilmente justificable si ha de tratarse de objetos compactos o bariones en general.
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