La gravedad emergente es puesta a prueba con galaxias enanas

Las galaxias enanas han servido para poner a prueba una nueva teoría de la gravedad, la gravedad emergente. [ESA/HUbble & NASA].

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Universo oscuro Universo oscuro Abr/Jun 2016 Nº 84

¿De qué está hecho el 95 por ciento del cosmos?Hace años que los físicos saben que todos los átomos y toda la luz que existen el universo apenas dan cuenta del 5 por ciento de su contenido total de materia y energía. El 95 por ciento restante se compone de dos misteriosos agentes que, a falta de un nombre mejor, han dado en llamarse «materia oscura» y «energía oscura». Dominan el cosmos, pero ¿cuál es su naturaleza? En este número podrás encontrar una panorámica clara y rigurosa del estado actual de dos líneas de investigación que, casi como ninguna otra, evidencian lo mucho que aún nos queda por aprender sobre el universo y las leyes fundamentales que lo rigen.

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El espaciotiempo, ¿emerge de una red de bits cuánticos? En esto se funda la gravedad emergente, teoría recientemente propuesta por Erik Verlinde, físico teórico de la Universidad de Amsterdam, que permite prescindir de la materia oscura, las partículas aún no identificadas que, según se supone, alteran el comportamiento de las galaxias y otras estructuras a gran escala del universo. Pero una reciente contrastación de la gravedad emergente ha mostrado que no parece describir tan bien los movimientos de los objetos astronómicos como su rival teórica, la hipótesis de la materia oscura.

Kris Pardo, estudiante de doctorado que trabaja bajo la dirección del astrofísico David Spergel, de la Universidad Princeton, utilizó una muestra de 81 galaxias enanas aisladas. Estas pequeñas galaxias parece que tienen una concentración especialmente grande de materia oscura; ofrecen por ello un laboratorio astrofísico único para la comparación de distintas teorías. Cuanto más materia oscura haya en una galaxia o más intensos sean los efectos de la gravedad emergente, más deprisa debería girar la galaxia. Pardo tomó en cuenta las velocidades máximas de rotación en esas galaxias, y las comparó con las predicciones que se siguen de la teoría de Verlinde. «Las galaxias enanas aisladas son la comprobación más limpia que se puede tener», dice Pardo; «es lo mejor que podemos hacer en estos momentos».

La gravedad emergente predice con acierto las velocidades máximas de rotación de las galaxias más pequeñas de la muestra. Pero las que predice para las que tienen una masa mayor, sobre todo las que están llenas de nubes de gas, son demasiado bajas. Esta discordancia podría suponer un grave problema para la gravedad emergente, pues hasta ahora la teoría solo calcula de modo exacto las curvas de rotación de objetos esféricos y aislados, condición a la que en principio se acercan los objetos incluidos en la muestra.

Los físicos que estudian la gravedad emergente se toman muy en serio el estudio de Pardo. «Es un buen e interesante trabajo», dice Verlinde, quien, sin embargo, advierte de que la gravedad emergente no está desarrollada hasta el punto en que podría hacer predicciones específicas para todas las galaxias enanas. «Creo que hay que trabajar más tanto en la parte observacional como en la teórica», añade.

Una forma de que la teoría de Verlinde se salvase es que las galaxias de Pardo tuviesen una forma diferente a la que aparentan. Como indica Pardo, si fueran incorrectas determinadas suposiciones que tuvo que hacer en sus cálculos para determinar la distribución de la materia bariónica en las galaxias de la muestra, su resultado ya no valdría. Para que haya una contrastación más definitiva, Pardo y sus colaboradores intentan obtener tiempo de observación en la Red Muy Grande de radiotelescopios de Nuevo México; podrían así efectuar medidas de alta resolución que cartografiarían la velocidad a la que las estrellas y el gas rotan dentro de las galaxias a distintas distancias de su centro.

Otros grupos de astrónomos han estado trabajando en comprobaciones complementarias de la relatividad emergente. Algunos se valen de la teoría para predecir el aspecto distorsionado de las galaxias por medio del efecto de la lente gravitacional. Otros la emplean para explicar la estructura a gran escala del universo así como el fondo cósmico de microondas. En estas áreas, la materia oscura se las apaña muy bien para predecir lo que observan los astrofísicos. Pero hasta ahora nadie ha conseguido predicciones similarmente detalladas gracias a la gravedad emergente.

«Verlinde colecciona piezas del puzzle e intenta que encajen entre sí, pero no tiene todavía una imagen completa y coherente», según Sabine Hossenfelder, física teórica del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt, que propuso hace poco una versión modificada de la teoría de Verlinde que podría describir mejor los movimientos rotacionales de la mayoría de las galaxias. ¿Podría, esta teoría u otra por el estilo, reemplazar algún día a la teoría de la materia oscura? Tardará tiempo en emerger una respuesta definitiva.

Nota de la redacción de Quanta Magazine: David Spergel es el director del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron, división de la Simons Foundation. Quanta Magazine es una división editorialmente independiente de la fundación.

Ramin Skibba/Quanta Magazine

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

Referencia: «Testing Energent Gravity with Isolated Dwarf Galaxies», de Kris Pardo, en arXiv: 1706.00785, 2 de junio de 2017.

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