Dos nuevos estudios realizados por investigadores de Australia, Austria y Alemania han puesto en entredicho la en la que entendemos la física de la gravedad. Los descubrimientos, publicados en las revistas Astrophysical Journal y Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se basan en observaciones de galaxias enanas satélite o galaxias más pequeñas que se encuentran en el extrarradio de la gran galaxia espiral que es la Vía Láctea.

                 La Gran Nube de Magallanes, una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea

La Ley de la gravitación universal de Newton, publicada en 1687, sirve explicar cómo actúa la gravedad en la Tierra, por ejemplo por qué cae una manzana de un árbol. El profesor Pavel Kroupa del Instituto de Astronomía Argelander de la Universidad de Bonn (Alemania) explicó que «a pesar de que su ley describe los efectos cotidianos de la gravedad en la Tierra, las cosas que podemos ver y medir, cabe la posibilidad de que no hayamos sido capaces de comprender en absoluto las leyes físicas que rigen realmente la fuerza de la gravedad».

La ley de Newton ha sido puesta en entredicho por distintos cosmólogos modernos, los cuales han redactado teorías contradictorias sobre la gravitación que intentan explicar la gran cantidad de discrepancias que se dan las mediciones reales de los sucesos astronómicos y las predicciones basadas en los modelos teóricos. La idea de que la «materia oscura» pueda ser la responsable de estas discrepancias ha ganado muchos adeptos durante los últimos . No obstante, no existen pruebas concluyentes de su existencia.

En investigación, el profesor Kroupa y varios colegas examinaron «galaxias enanas satélite», cientos de las cuales deberían existir en la cercanía de las principales galaxias, incluida la Vía Láctea, según indican los modelos teóricos. Se cree que algunas de estas galaxias menores contienen tan sólo unos pocos millares de estrellas (se estima que la Vía Láctea, por ejemplo, contiene más de 200.000 millones de estrellas).

No obstante, a día de hoy sólo se ha logrado detectar treinta de estas galaxias alrededor de la Vía Láctea. Esta situación se atribuye al hecho de que, al contener tan pocas estrellas, su luz es demasiado débil como para que podamos observarlas una distancia tan lejana. Lo cierto es que este estudio tan detallado ha deparado resultados sorprendentes.

«En primer lugar, hay algo extraño en su distribución», indicó el profesor Kroupa. «Estas galaxias satélite deberían estar distribuidas uniformemente alrededor de su galaxia madre, no es el caso.»

 

Los investigadores descubrieron que la totalidad de los satélites clásicos de la Vía Láctea (las once galaxias enanas más brillantes) están situados prácticamente en un mismo plano que dibuja una especie de disco. También observaron que la mayoría de estas once galaxias rotan en la misma dirección en su movimiento circular alrededor de la Vía Láctea, de muy similar a como lo hacen los planetas alrededor del Sol.

                                              Grupo Local de Galaxias

La explicación de los físicos a estos fenómenos es que los satélites debieron surgir de una colisión galaxias más jóvenes. «Los fragmentos resultantes de un acontecimiento así pueden formar galaxias enanas en rotación», explicó el Dr. Manuel Metz, también del Instituto de Astronomía Argelander. Éste añadió que «los cálculos teóricos nos indican la imposibilidad de que los satélites creados contengan materia oscura».

Estos cálculos contradicen otras observaciones del equipo. «Las estrellas contenidas en los satélites que hemos observado se mueven a mucha más velocidad que la predicha por la Ley de la gravitación universal. Si se aplica la física clásica, esto sólo atribuirse a la presencia de materia oscura», aseveró el Dr. Metz.

Este enigma nos indica que quizás se hayan interpretado de incorrecta algunos de los principios fundamentales de la física. «La única solución posible sería desechar la Ley de la gravitación de Newton», indicó el profesor Kroupa. «Probablemente habitemos un universo no Newtoniano. De ser cierto, nuestras observaciones podrían tener explicación sin necesidad de recurrir a la materia oscura.»

Universo sin la materia oscura

Hasta , la Ley de la gravitación de Newton sólo ha sido modificada en tres ocasiones: incluir los efectos de las grandes velocidades (la teoría especial de la relatividad), la proximidad de grandes masas (la teoría general de la relatividad) y las escalas subatómicas (la mecánica cuántica). Ahora, las graves inconsistencias reveladas por los obtenidos sobre las galaxias satélite respaldan la idea de que hay que adoptar una «dinámica newtoniana modificada» (MOND) para el espacio.

Según un nuevo análisis, unos datos recientes sobre galaxias ricas en gas coinciden exactamente con la predicción hecha por una teoría conocida como MOND, la cual constituye una modificación de la gravedad con respecto a los planteamientos teóricos más aceptados.

predicción, la última de varias hechas a la luz de esta teoría y que han tenido acierto, despierta nuevas dudas sobre la precisión del modelo cosmológico hoy vigente del universo.

La teoría MOND, propuesta en 1981, modifica la segunda ley de la dinámica de Newton para que con ella se pueda explicar la rotación a velocidad uniforme de las galaxias, que contradice las predicciones newtonianas que afirman que la velocidad de los objetos separados del centro será menor.

Los nuevos descubrimientos poseen implicaciones de gran calado para la física fundamental y para las teorías sobre el Universo. Según el astrofísico Bob Sanders de la Universidad de Groningen (Países Bajos), «los autores de artículo aportan argumentos contundentes. Sus resultados coinciden plenamente con lo predicho por la dinámica newtoniana modificada, pero completamente contrarios a la hipótesis de la materia oscura. No es normal encontrarse con observaciones tan concluyentes.»

Claro que, todos estos nuevos derroteros y atisbos de teorías (hay algunas más circulando por ahí), no son más que demostraciones de la insatisfacción que algunos sienten al comprender que…, ¡falta algo! y, yo personalmente en mi modestia y con humildad, me decanto por el simple hecho de que aún, no conocemos a fondo eso que llamamos Gravitación que debe ser mucho más amplia de lo que nos dijo Einstein y, no me extrañaría que, incluso eso que llamamos “materia oscura” no sea otra cosa que un continuo de esa Gravedad, es decir, la desconocida y que, al ser ignorantes de su existencia, nos hemos inventado “la materia oscura” que nos cuadren los números.

Para más información, consulte:

Instituto Argelander de Astronomía:
http://www.astro.uni-bonn.de

Astrophysical Journal:
http://www.iop.org/EJ/journal/apj

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society:
http://www.wiley.com/bw/journal.asp?ref=0035-8711

Un equipo internacional de astrónomos han utilizado observaciones de los telescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) y del VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Austral Europeo (ESO) han encontrado evidencias de estrellas formándose a 13.300 millones de años, tan solo 250 millones de años después del Big Bang, un hallazgo que representa además el oxígeno más distante jamás detectado en el universo.

Los científicos utilizaron ALMA para observar una galaxia lejana llamada ‘MACS1149-JD1’, donde detectaron un resplandor muy débil emitido por oxígeno ionizado de la galaxia. A medida que esta luz infrarroja viaja por el espacio, la expansión del universo la desplaza y, para cuando fue detectada en la tierra por ALMA, la longitud de onda era más de diez veces más larga que cuando se originó.

El equipo infirió que la señal fue emitida hace 13.300 millones de años (o 500 millones de años después del Big Bang), convirtiéndolo en el oxígeno más distante jamás detectado por ningún telescopio. La presencia de oxígeno es una clara señal de que debe haber habido incluso generaciones anteriores de estrellas en esta galaxia, según informa ESO. Los resultados aparecen publicados este jueves en la revista Nature.

“Esta detección hace retroceder las fronteras del universo observable”, afirma el autor principal del artículo, Takuya Hashimoto, investigador de la Universidad Osaka Sangyo y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón. “Me emocionó ver la señal de oxígeno distante en los datos de ALMA”, indica.

Además del brillo del oxígeno captado por ALMA, el VLT de ESO también detectó una señal más débil de emisión de hidrógeno. La distancia a la galaxia, determinada a partir de esta observación, es consistente con la distancia de la observación del oxígeno. Esto hace de ‘MACS1149-JD1’ la galaxia más lejana con una medición precisa de la distancia y la galaxia más lejana jamás observada con ALMA o con el VLT.

“Vemos esta galaxia en un momento en el que el universo sólo tenía 500 millones de años y, sin embargo, ya tiene una población de estrellas maduras”, explica el segundo autor del nuevo artículo e investigador de la University College de Londres (UCL), Nicolas Laporte. “Por lo tanto somos capaces de utilizar esta galaxia para estudiar un periodo anterior, completamente desconocido, de la historia cósmica”, asegura.

Tras el Big Bang, hubo un periodo durante el cual no hubo oxígeno en el universo; fue creado por los procesos de fusión de las primeras estrellas y luego liberado al morir estas estrellas. La detección de oxígeno en ‘MACS1149-JD1’ indica que estas generaciones anteriores de estrellas ya se habían formado y había expulsado oxígeno apenas 500 millones de años después del comienzo del universo.

Así, para averiguar cuándo tuvo lugar esta formación temprana de estrellas, el equipo reconstruyó los inicios de la historia de ‘MACS1149-JD1’ utilizando datos infrarrojos tomados con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y la ESA, así como del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Los científicos descubrieron que el brillo observado de la galaxia puede explicarse con un modelo en el que el inicio de la formación estelar comienza tan solo 250 millones de años después del comienzo del universo.

La madurez de las estrellas en ‘MACS1149-JD1’ plantea la pregunta de cuándo surgieron las primeras galaxias de la oscuridad total, una época que los astrónomos denominan como el “amanecer cósmico”. Estableciendo la edad de ‘MACS1149-JD1’, el equipo ha demostrado, de forma efectiva, que hubo galaxias que existieron antes de las que se pueden detectar de forma directa en la actualidad.

Tal y como explica el astrónomo senior en la UCL y coautor del artículo, Richard Ellis, “determinar cuándo tuvo lugar el amanecer cósmico es el Santo Grial de la cosmología y el estudio de formación de galaxias”. “¡Con estas nuevas observaciones de MACS1149-JD1 nos acercando a la posibilidad de ser testigos directos del nacimiento de la luz de las estrellas! Puesto que todos estamos hechos de material estelar procesado, esto es realmente encontrar nuestros propios orígenes”, concluye Ellis.

La última teoría sobre el origen del universo de Stephen Hawking, desarrollada en colaboración con el profesor Thomas Hertog, de la universidad KU Leuven, ha sido publicada esta semana por el Journal of High-Energy Physics. La teoría, que fue aceptada para su publicación antes de la muerte del físico británico el pasado 14 de marzo, predice que el universo es finito y más simple de lo que establecen los actuales estudios sobre el Big Bang, según una nota difundida por el European Research Council (ERC), que apoya el trabajo de Hertog. La investigación fue anunciada en julio del pasado año en una conferencia celebrada en Cambridge con motivo del 75 cumpleaños de Hawking.

Las modernas teorías sitúan la creación del universo en una breve explosión, durante una mínima fracción de segundo después del Big Bang, cuando el cosmos se expandió rápidamente. Se cree que, una vez producida la inflación, hay regiones que nunca han dejado de crecer y que, debido a los efectos cuánticos, este fenómeno es eterno. De acuerdo a esta tesis, según la nota de el ERC, la parte observable de nuestro universo es una mínima porción donde el proceso ha terminado y se han formado estrellas y galaxias.

“La teoría habitual de inflación eterna predice que nuestro universo es como un infinito fractal [objeto geométrico cuya estructura básica, fragmentada o aparentemente irregular, se repite a diferentes escalas] con un mosaico de diferentes pequeños universos separados por océanos que crecen”, afirmó Hawking en una entrevista el pasado otoño. “Las leyes de la física y la química pueden ser diferentes entre un universo y otro que, juntos, forman un multiverso. Pero nunca he sido un defensor del multiverso. Si la escala de los diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, no se puede probar”, añadió.

En la investigación recién publicada, Hawking y Hertog afirman que esta teoría de la expansión infinita es errónea. “El problema habitual con esta teoría es que asume la existencia de un universo de fondo que evoluciona de acuerdo a la teoría general de la relatividad de Einstein y trata los efectos cuánticos como pequeñas fluctuaciones a su alrededor. Sin embargo, la dinámica de la expansión eterna barre la separación entre la física cuántica y la clasica”, afirma Hertog en la nota difundida por el ERC. “Predecimos que nuestro universo, a gran escala, es razonablemente liso y globalmente finito. Así que no es una estructura fractal”, afirma Hawking en la investigación publicada.

Hertog y Hawking utilizaron su nueva teoría para derivar predicciones más fiables sobre la estructura global del unvierso. Sus resultados, si se confirman con nuevos trabajos, tendrán implicaciones para el paradigma del multiverso. “Nuestros hallazgos implican una significativa reducción del multiverso a una categoría mucho más pequeña de posibles universos”, defiende la última teoría de Hawking.

Hertog planea estudiar esta teoría a pequeñas escalas que se hallen al alcance de la capacidad de nuestros telescopios espaciales. Cree que las ondas gravitacionales primordiales son las más prometedoras vías de probar el modelo. La expansión del universo desde su origen significa que esas ondas gravitacionales tendrían una muy larga longitud de onda, fuera del alcance de nuestros actuales detectores LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Pero podrían ser detectadas por el previsto observatorio espacial europeo de ondas gravitacionales (LISA) o por futuros experimentos de mediciones del fondo de microondas cósmico. En 2014, Hertog fue becado con dos millones de euros por el ERC por sus cinco años de trabajo sobre Cosmología Holográfica Cuántica.