La materia oscura es un componente fundamental del modelo cosmológico estándar, pero sus misterios siguen sin resolverse. Uno de los mayores enigmas es la falta de evidencia directa de la existencia de partículas de materia oscura, a pesar de las numerosas búsquedas. Algunos astrónomos han propuesto teorías alternativas, como la dinámica newtoniana modificada (MoND) o modelos de gravedad modificados, para explicar las observaciones. Un estudio reciente sobre la rotación galáctica parece apoyar estas teorías alternativas.
Aunque materia oscura es una parte central del modelo cosmológico estándar, no está exento de problemas. Continúa habiendo misterios persistentes sobre el material, uno de los cuales es el hecho de que los científicos no han encontrado evidencia de partículas directas. A pesar de numerosas búsquedas, todavía tenemos que detectar partículas de materia oscura. Así que algunos astrónomos favorecen una alternativa, como Dinámica Newtoniana Modificada (MoND) o modelo de gravedad modificado. Y un nuevo estudio de la rotación galáctica parece respaldarlos.
La idea de MoND se inspiró en la rotación galáctica. La mayor parte de la materia visible en una galaxia está agrupada en el medio, por lo que cabría esperar que las estrellas más cercanas al centro tuvieran velocidades orbitales más rápidas que las estrellas más lejanas, de forma similar a los planetas de nuestro sistema solar. Observamos que las estrellas en una galaxia giran todas aproximadamente a la misma velocidad. La curva de rotación es esencialmente plana en lugar de caer. La solución de la materia oscura es que las galaxias están rodeadas por un halo de materia invisible, pero en 1983 Mordehai Milgrom argumentó que nuestro modelo gravitacional debe estar equivocado.
Curva de rotación de la típica galaxia espiral M33 (puntos amarillo y azul con barras de error) y la predicha a partir de la distribución de la materia visible (línea blanca). La discrepancia entre las dos curvas se explica añadiendo un halo de materia oscura que rodea la galaxia.
A distancias interestelares, la atracción gravitatoria entre las estrellas es esencialmente newtoniana. Entonces, en lugar de modificar la relatividad general, Milgrom propuso modificar la Ley Universal de la Gravedad de Newton. Argumentó que en lugar de que la fuerza de atracción sea una pura relación del cuadrado inverso, la gravedad tiene una pequeña atracción remanente independientemente de la distancia. Este remanente es solo alrededor de 10 billonésimas de ge, pero es suficiente para explicar las curvas de rotación galáctica.
Por supuesto, solo agregar un término pequeño a la gravedad de Newton significa que también debe modificar las ecuaciones de Einstein. Entonces, MoND se ha generalizado de varias maneras, como AQUAL, que significa A Quadradic Lagrangian. Tanto AQUAL como el modelo LCDM estándar pueden explicar las curvas de rotación galáctica observadas, pero existen algunas diferencias sutiles.
Desplazamiento medido entre los movimientos estelares internos y externos. Crédito: Kyu-Hyun Chae
Aquí es donde entra en juego un estudio reciente. Una diferencia entre AQUAL y LCDM está en las velocidades de rotación de las estrellas de órbita interna frente a las estrellas de órbita externa. Para LCDM, ambos deben regirse por la distribución de la materia, por lo que la curva debe ser suave. AQUAL predice una pequeña torcedura en la curva debido a la dinámica de la teoría. Es demasiado pequeño para medirlo en una sola galaxia, pero estadísticamente debería haber un pequeño cambio entre las distribuciones de velocidad interna y externa. Entonces, el autor de este artículo analizó las curvas de velocidad de alta resolución de 152 galaxias observadas en la base de datos Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC). Encontró un turno de acuerdo con AQUAL. Los datos parecen respaldar la gravedad modificada sobre la cosmología estándar de la materia oscura.
El resultado es emocionante, pero no anula de manera concluyente la materia oscura. Tu modelo AQUAL tiene sus propios problemas, como su desacuerdo con la lente gravitacional observada por las galaxias. Pero es una victoria para la teoría desvalida, que tiene a algunos astrónomos vitoreando «¡Vive le MoND!»
Referencia: «Distinguir la materia oscura, la gravedad modificada y la inercia modificada con las partes internas y externas de las curvas de rotación galáctica» por Kyu-Hyun Chae, 12 de diciembre de 2022, El diario astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac93fc
Publicado originalmente en Universo hoy.
