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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, una 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, donde se encuentra la mayor parte de la masa bariónica del cúmulo, sino sobre
una zona invisible las galaxias del cúmulo alejadas del choque. ¡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.
[Actualización del 05/10/2016] Agradezco a Albert el
comentario donde señala un error de omisión que dejaba algo coja una explicación que acabo de actualizar.
Referencias
La materia oscura, detectada por primera vez. InfoAstro
Dark Matter Exists. Cosmic Variance
2008-06-17 01:25 | Astronomia, Fisica |
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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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| De: angelo |
Fecha: 2008-12-25 22:09 |
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Preguntas de un ignorante:
¿Y si la,mal llamada,materia oscura permeara el universo siendo
el medio en el cual se expresan todas las fuerzas?¿y si todas las fuerzas fueran expresión del mismo
medio así como el aire puede ser "invisible" y gaseoso pero también líquido o sólido?¿y si las partículas fueran materialización de esa "singularidad"oscura y primigenia?¿y si de esas párticulas diversificadas y su interaccción entre ellas y el medio del que nacieron evolucionan
las fuerzas conocidas siendo cáusa
y efecto de gravedad,magnetismo y,
enfin,todo el espectro electro magnético conocido?¿Podemos estar
seguros de que el vacío es de verdad vacío y no sea permeado por
esta"materia"oscura que se manifiesta como distorsión del epacio en cuanto a..lentes gravitatorios etc.?¿que no sea veículo para el traslado de fotones y demás energias? Tengo más dudas.
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| De: victor de leon |
Fecha: 2009-09-05 21:29 |
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Todos los articulos publicados son de interes, gracias por publicarlos.
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| De: Ivan |
Fecha: 2015-10-13 10:43 |
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Quizás mi observación sea un poco absurda porque solo soy un aficionado a la física, pero para mi tiene coherencia y me gustaría que alguien con conocimientos más sólidos me la refutase.
La explicación que aparece en el artículo me parece lógica, pero también se me ocurre lo siguiente:
La materia que está produciendo las ondas de choque en rayos x no es visible, por lo que no conocemos la dimensión y forma de cada nube de gas.
La imagen en rx muestra la parte de los dos cúmulos que están chocando, pero no todo el cúmulo.
La lente gravitacional está formada por el resto de materia normal (no oscura)que todavía no ha chocado con el otro cúmulo, por eso en esa zona no se produce emisión en rx.
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| De: Pedro J. |
Fecha: 2015-10-18 19:46 |
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Ivan, no sé si leerás esto porque he tardado tiempo en contestar. Lo que mencionas no es descabellado. Lo que ocurre es que los cúmulos han pasado uno a través del otro y por tanto todo el gas perteneciente a los cúmulos debería estar en forma de plasma. De hecho, los investigadores se han planteado que determinados filamentos de gas intergaláctico podrían explicar la observación, pero tendrían que darse un cúmulo de circunstancias muy improbables, como que esos filamentos estuviesen colocados justo paralelos a nuestra línea de visión.
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| De: Ivan |
Fecha: 2016-09-30 15:36 |
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Yo también he tardado en leer tu respuesta, pero ha sido sumamente gratificante.
Muchas gracias
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| De: Albert |
Fecha: 2016-10-05 17:50 |
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Pedro, el artículo está muy bien, pero para que se entienda mejor creo que habría que añadir un dato relevante: el estudio de los rayos X que emite la nube de gas revela que su masa es del orden de 10 veces mayor que las masas de materia bariónica de los dos grupos de galaxias.
Si no existiese la materia oscura, el centro de la lente gravitacional debería estar necesariamente sobre la nube de gas, que sería el objeto más masivo.
Como la materia oscura envuelve las galaxias y no “sigue” al gas intergaláctico, que los centros de lente gravitacional estén en los dos grupos de galaxias indica que en realidad la masa de éstas es mucho mayor que la masa bariónica que vemos en ellas y también mayor que la de la nube de gas. La única solución es la existencia de una enorme cantidad de materia oscura en los grupos de galaxias.
Seguramente tú puedes explicarlo mejor, pero seguro que entiendes la idea que intento exponer de que el artículo está un poco “cojo”, con perdón y respeto, :)
Saludos Pedro y gracias por divulgar Ciencia y Tecnología.
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| De: Pedro J. |
Fecha: 2016-10-05 19:08 |
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Gracias Albert. Información relevante sin duda que obvié en su momento. Hace 8 añitos nada más y nada menos que escribí esta serie de entradas y ¡venimos a darnos cuenta ahora! Menos mal que al menos en el enlace de Infoastro que daba al final está perfectamente explicitada esa información. Eso significa que lees atentamente ;)
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| De: Pedro J. |
Fecha: 2016-10-05 19:27 |
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Entrada actualizada. Gracias de nuevo Albert.
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