Hablando sobre La Dinámica Newtoniana Modificada

Hace un tiempo escribí sobre la gravedad (o más correctamente interacción gravitatoria) en una nota. Comenté la teoría original de Newton y la posterior revolución de la Teoría General de la Relatividad que ya no habla de una fuerza o interacción sino de un efecto provocado por la geometría del espacio-tiempo. También recordé que es posible retener la interpretación original de la gravedad como una de las cuatro interacciones fundamentales, siempre y cuando se la pueda cuantificar es decir encontrar la partícula mediadora de la interacción (el gravitón). En una nota más reciente comenté que la dificultad de entender a la gravedad en el mismo contexto cuántico de las otras fuerzas conocidas había dado lugar a la Teoría de Cuerdas, mientras que en una nota sobre el bosón de Higgs mencionaba que esta partícula era el resultado de una teoría pensada también para incluir a la gravedad dentro del Modelo Estándar. Como vemos, parece haber más problemas que soluciones desde que, según cuenta la leyenda apócrifa, a Sir Newton le pegó la manzana en el marote.

 

Experimentando con la gravedad
Experimentando con la gravedad – Ilustración de Mariela Ballesta – https://www.facebook.com/marie.enchastrada.3

 

Siguiendo con otras notas ya publicadas (no es que no tenga ganas de escribir, sino que no quiero repetirme…) la que más necesito recordar para seguir con el tema de la presente es aquella que habla de la materia oscura. La historia comienza cuando los astrónomos empezaron a estudiar la rotación de las galaxias que podemos observar desde la Tierra. El resultado esperado era que la velocidad de las estrellas que las componen fuera cada vez menor a medida que nos alejamos del centro galáctico (lo que se representa en la curva azul en el dibujo de abajo). Esto es análogo a lo que se observa con los planetas que giran alrededor del Sol: los más alejados tienen velocidades menores que los más cercanos. En lugar de esto lo que se observa es la curva roja. La velocidad es constante a partir de una cierta distancia, es decir que la galaxia gira como si fuera un objeto rígido.

Curva de rotación de una galaxia
Velocidad de las estrellas de una galaxia en función de su distancia al centro. La curva azul es la esperada, mientras que la roja es lo que se observa.

Enfrentados a la evidencia experimental, que en realidad completaba otras observaciones realizadas en 1933 de las órbitas de algunas galaxias en cúmulos alejados, los astrónomos propusieron la existencia de una mayor cantidad de materia en las galaxias de la que podíamos «ver», en el sentido más amplio de la palabra. Esta materia oscura parecía no interactuar con la radiación electromagnética. No emitía ni absorbía luz visible, ni de ninguna otra longitud de onda (infrarrojo, rayos X, rayos gamma u ondas de radio). Otras teorías incluyen este nuevo tipo de materia dentro de la evolución de las galaxias y predicen que su existencia tiene efectos visibles (y detectados) en la radiación de fondo de microondas.

A pesar de todo esto, hay algunas cosas que no se pueden explicar con la materia oscura. Algunos comportamientos a pequeña escala (al nivel de una galaxia o más pequeño en lugar de objetos más grandes como cúmulos o supercúmulos). Pero en realidad lo más difícil de explicar es qué es y por qué no podemos detectarla. Existen experimentos en laboratorios, en aceleradores de partículas y en satélites que la buscan hace tiempo y no encuentran más que algunos indicios, pero nada concreto. Esto de por sí no descarta su existencia, pero sí obliga a los científicos a considerar otras posibilidades.

Una alternativa sería pensar algo revolucionario: si los experimentos nos dicen que la gravedad que conocemos no puede explicar algo tan simple como la rotación de una estrella dentro de una galaxia, entonces por qué no preguntarnos si no hay que modificar aunque sea un poco los mismos principios que Newton nos explicó hace más de 300 años. De eso se trata la Dinámica Newtoneana Modificada (MoND) que corrige uno de los pilares más sólidos de la física: la llamada Segunda Ley de Newton. Esto no es otra cosa que la proporcionalidad entre la fuerza (F) y la aceleración (a) a través de la masa (m): F = m . a

Lo que dice la MoND es que si la aceleración es muy pequeña, como sucede en las interacciones entre galaxias, esta proporcionalidad ya no es tan simple y debemos agregar otros factores a la ecuación. Utilizando los datos de movimientos en cúmulos de galaxias se pueden obtener los parámetros que faltan y luego utilizarlos para ver si funcionan en otras circunstancias. Esto mismo fue lo que hicieron recientemente Stacy McGaugh y Mordehai Milgrom (el padre de la teoría MoND ) estudiando las galaxias enanas que orbitan alrededor de Andrómeda, la galaxia gemela de la Via Láctea.

Andrómeda y sus galaxias satélites
Andrómeda y sus galaxias satélites

El resultado es que la nueva teoría explica mejor las observaciones que la existencia de materia oscura, con la cual los astrónomos ni siquiera sabrían como empezar a hacer los cálculos. Pudieron predecir la velocidad de 17 galaxias diferentes.

¿Es un motivo para olvidarnos de la materia oscura? Seguro que no, justamente porque antes dijimos que con ella se explican otras cuestiones cosmológicas. Pero también es un respaldo muy importante para la teoría de gravedad modificada. Hasta este estudio todos pensaban que el día que se descubriera la materia oscura sería el día de la muerte de las teorías MoND. Ahora tendrán que pensarlo dos veces, ya que parece más difícil explicar todas las observaciones mencionadas con una sola de las teorías. Una vez más, los científicos proponen pero los datos disponen.

Aquí el trabajo original de McGaugh y Milgrom