09 julio 2009

Respuesta al enigma de la materia oscura está en nuestro Sistema Solar




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Una sutil anomalía en la órbita de los planetas de nuestro Sistema Solar podría reforzar una idea polémica que va más allá de Einstein. La clave: La órbita del planeta más interior en el Sistema Solar... Mercurio, cuyo comportamiento se aparta de lo que debería ser siempre y cuando sean calculados usando las leyes de Newton.

Hace cien años, cuando Einstein explicó esta anomalía, confirmó con ello su teoría de la gravedad: la Teoría de la Relatividad General. Ahora, un físico israelí predice que si llegara a detectarse una anomalía similar, pero mucho más sutil, en las órbitas de los planetas, se podría probar su propia teoría, conocida como Dinámica Newtoniana Modificada o MOND. Esta teoría aporta una alternativa a la teoría de la materia oscura para explicar la razón por la cual las estrellas que orbitan alrededor del borde de la espiral de las galaxias no se pierden en el espacio.

Estas estrellas se desplazan a una velocidad demasiado grande para que la gravedad convencional que ejerce la masa en el centro de una galaxia espiral las sostenga en sus órbitas, de modo que algo las debe mantener en sus recorridos. Una teoría dice que la que proporciona el tirón extra es la invisible materia oscura. Pero una alternativa es la teoría MOND, elaborada en la década de 1980 por Mordehai Milgrom, ahora en el Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot, Israel.

Una de las sugerencias que se da en MOND es que la gravedad que experimentan las estrellas exteriores de la galaxia es, de alguna manera, más fuerte que lo que cabría esperar según la física newtoniana. La teoría MOND cuenta que por debajo de un umbral crítico en la aceleración, denominado 0, la gravedad pasa de la forma convencional newtoniana, que se debilita con el
cuadrado inverso de la distancia, a una forma más fuerte, que declina con la inversa de la distancia.

En otras palabras, Milgrom propuso que la gravedad es más fuerte de lo esperado a las bajas aceleraciones ultraperiféricas de las estrellas que orbitan más lejos. Cuantificando un 0 a los 10-10 metros por segundo por segundo, este único parámetro permite explicar el movimiento estelar en cientos de galaxias espirales. Por el contrario, la idea de la materia oscura requiere diferentes cantidades de cosas con una distribución diferente en cada galaxia.
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En el mapa se distinguen cuatro agrupaciones principales de materia oscura, cuya masa total equivale a la de 10 billones de soles. Los científicos pudieron localizar y plasmar en el mapa los bloques de materia oscura porque la acción de su masa también curva la luz de más de 60.000 galaxias que se encuentran detrás de 'Abell 901 902', en un efecto que se conoce como lente gravitatoria.
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¿Dónde puede estar la materia oscura?
Sobre el lugar donde pueda estar la materia oscura podemos dar algunas respuestas parciales basados en la dinámica de las galaxias y sistemas binarios de estrellas. Sobre la naturaleza de la materia oscura también podemos dar algo de luz basados en la abundancia de elementos químicos livianos en el universo.

Para producir un movimiento de rotación es necesario proporcionar una fuerza. Esto lo podemos experimentar al hacer girar una piedra amarrada a un lazo y sentir la tensión de la cuerda con nuestras manos. Razonando de esta forma podemos mostrar que para mantener un objeto en una órbita circular alrededor de un centro, es necesario aplicar una fuerza.

La Tierra por ejemplo se mantiene en órbita alrededor del Sol por la fuerza de atracción entre estas dos masas. Así como en el caso de la Tierra alrededor del Sol, las estrellas en una galaxia del tipo espiral giran alrededor de su centro por la fuerza de atracción gravitacional que proviene de la misma masa de la galaxia.

Si a la materia visible en el universo le sumamos la cantidad de materia oscura necesaria para explicar el movimiento de rotación de todas las galaxias apenas llegamos a un 20% de la masa crítica del universo. ¿Dónde está el 80% restante? Aún quedan razones para seguir buscando materia oscura.

Pero la verificación de la teoría MOND, al igual que la de la materia oscura, se ve afectada por el hecho de que se manifiesta sólo a escala muy grande, comparable al tamaño de las galaxias, y por eso no se presta a experimentos. En un documento que se publica en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el científico afirma que existen formas de MOND que predicen un efecto en nuestra propia vecindad: “Es la primera vez que una versión de MOND prevé efectos definidos en el Sistema Solar “.
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Mordehai Milgrom
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Milgrom razona que si las leyes de Newton son correctas, habrá una región entre el Sol y el centro de la galaxia donde la gravedad de ambos se anula. Pero esta situación es, también, donde se presentará más claramente cualquier variación MOND que se aparte de la gravedad de Newton. En otras palabras, si hay gravedad en esa región donde no debería haber ninguna, entonces existe MOND.

Si MOND existe, aparecerá como si hubiese una anomalía, una masa “fantasma” en la región, que ejerce fuerza gravitacional sobre los cuerpos de nuestro Sistema. Y debido a que este fantasma se origina en una zona extensa en lugar de un punto definido único, ejerce una atracción sobre los planetas desde dos direcciones a la vez, el llamado “efecto del momento cuadripolar“.

Según Milgrom, esta fuerza debe causar precesión en las órbitas de los planetas, es decir, que sus órbitas elípticas alrededor del Sol deben cambiar lentamente de orientación, trazando con el tiempo un patrón como el de los pétalos de una flor. Esto es similar a el efecto predicho por Einstein en 1915. “La diferencia es que es mucho menor y que realmente se hace mayor cuanto más lejos está un planeta del Sol, al contrario del efecto predicho por Einstein,” dice Milgrom.

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Sin embargo, no estamos en condiciones de realizar esta prueba, ya que no hemos observado suficientemente y por completo las órbitas de los planetas exteriores, como Neptuno. Una cuestión que se plantea de inmediato es si esta nueva fuerza podría ser responsable de la anomalía de las Pioneer. Las dos sondas espaciales Pioneer de la NASA, que se lanzaron en la década del 70, están abandonando el Sistema Solar más lentamente de lo que deberían hacerlo. “En el Sistema Solar exterior, la fuerza es aproximadamente 100 veces más débil, y tiene la forma equivocada para explicar la anomalía Pioneer”.

Milgrom dice que hasta ahora la reacción ante su artículo ha sido positiva. “Definitivamente es interesante”, dice James Binney de la Universidad de Oxford. “Es una prueba de MOND a una escala hasta ahora inexplorada”.

Aportado por Eduardo J. Carletti

Fuente: New Scientist.





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