Alternativa a la materia oscura aborda las galaxias elípticas

Una teoría alternativa a la materia oscura ha predicho con éxito las propiedades rotacionales de dos galaxias elípticas. El trabajo lo realizó en Israel Mordehai Milgrom usando la Teoría de Dinámica Newtoniana Modificada (MOND) que desarrolló inicialmente hace casi 30 años. Demostrando que MOND puede usarse para explicar las propiedades de las complejas galaxias elípticas – así como las galaxias espirales, mucho más simples – Milgrom defiende que MOND ofrece una alternativa viable a la materia oscura cuando se trata de explicar las extrañas propiedades de las galaxias.

La materia oscura se propuso en 1933 para explicar por qué las galaxias de ciertos cúmulos se mueven más rápidamente de lo que sería posible si contuviesen solo la materia “bariónica” que podemos ver. Unas décadas más tarde se detectó un comportamiento similar en galaxias aisladas, donde la velocidad rotacional de las estrellas más externas no “caía” como una función de la distancia, sino que se mantenía plana. Estas observaciones contradicen directamente la gravedad newtoniana, que debería mantenerse en las regiones extragalácticas de la misma forma que lo hace en la Tierra y en el Sistema Solar. Pero suponiendo que hay “halos” de materia invisible dentro y alrededor de las estructuras galácticas, se restaura la familiar ley del cuadrado inverso de Newton.

Desde que se recurrió por primera vez a ella para explicar las irregularidades galácticas, los físicos han tratado de realizar medidas directas de la materia oscura para descubrir qué es exactamente, con escaso éxito. Como resultado, hay algunos investigadores que no creen que exista la materia oscura y han propuesto explicaciones alternativas al extraño comportamiento de las galaxias.

Éxito espectacular

Ahora, un nuevo análisis sugiere que una teoría alternativa, conocida como MOND, describe las propiedades de dos galaxias elípticas igual de bien que la materia oscura. MOND se formuló originalmente para describir las galaxias espirales y tuvo un éxito espectacular al predecir ciertas propiedades de estas estructuras. Su extensión para cubrir las galaxias elípticas podría reforzar los argumentos a favor de esta teoría alternativa. Esto se debe a que se ha predicho que las galaxias elípticas se forman mediante un proceso diferente al de las galaxias espirales, y sus propiedades son mucho más difíciles de calcular.

MOND se propuso por primera vez en 1983 por parte del astrofísico Mordehai Milgrom del Instituto Weizman, en Israel. La premisa básica de la teoría es que a aceleraciones extremadamente pequeñas de menos de 10–10 m s–2, la segunda ley de Newton no se mantiene. En lugar de esto, la fórmula modificada de Newton, desarrollada por Milgrom, es tal que bajo ciertas circunstancias la fuerza gravitatoria en dos cuerpos decae más sutilmente que la ley del cuadrado inverso de la distancia entre ellos.

Como era de esperar, una teoría que defiende un cambio en las leyes de Newton está destinada a enfrentarse con un amplio escepticismo, y MOND no es una excepción. No obstante, también tiene un innegable atractivo, como la facilidad con la que hace predicciones comprobables y el hecho de que no depende de una materia oscura aún por ver. Y desde que en 2004 se derivó una versión de MOND consistente con la Teoría General de la Relatividad de Einstein, gracias a Jacob Bekenstein de la Universidad Hebrea de Jerusalén, una comunidad de físicos más amplia ha empezado a tomar nota.

No es una coincidencia

En la nueva investigación, Milgrom analiza la hidrostática de una envoltura esférica de gas caliente que emite rayos X en dos galaxias elípticas, y demuestra que las predicciones de MOND son igualmente válidas en este caso. Esto es importante, defiende Milgrom, ya que se piensa que las galaxias elípticas han evolucionado de una forma completamente distinta a la de las galaxias espirales y otras galaxias de disco: se cree que se han formado mediante la colisión y fusión de otras galaxias. El éxito de MOND, comenta, indica que su precisión en las predicciones no puede ser una simple coincidencia y que debe ser una pista de una verdad subyacente más profunda.

También sugiere que el hecho de que pueda usarse la misma ley matemática para predecir la velocidad de rotación de dos tipos de galaxias formadas de dos modos distintos, socava significativamente la hipótesis de la materia oscura. “En la descripción de la materia oscura”, comenta, “las galaxias que vemos hoy son el resultado de procesos de formación muy complejos y azarosos. Empiezas con galaxias pequeñas – se fusionan, colisionan – hay explosiones en las galaxias y todo eso. Durante esta tormentosa evolución, la materia oscura y la normal están sometidas a estos procesos de muy distintas formas y, por lo tanto, realmente no esperas ver ninguna correlación real entre ambas. Este es un punto muy débil en la descripción de la materia oscura”.

El astrofísico de partículas y experto en materia oscura Dan Hooper, del Fermilab en los Estados Unidos, defiende que MOND no convencerá a los escépticos demostrando su aplicabilidad a las galaxias, incluso si estas galaxias son de un tipo sobre el que no se había puesto a prueba anteriormente. “He encontrado que esto será así durante algún tiempo, ahora que MOND funciona bien al explicar la dinámica de las galaxias”, comenta. “Y este artículo es otro ejemplo de que donde tiene éxito MOND es a escala galáctica. Donde falla es a escalas mayores, tales como los cúmulos de galaxias, o a escalas cosmológicas aún mayores”. Cita la anisotropía del fondo cósmico de microondas como un ejemplo de esto.