10/Abr/08

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Un caso más de la dnámica de Newton modificada sobre la materia oscura

Según la Segunda Ley de Newton de la dinámica, los objetos más alejados de los bordes de una galaxia deberían tener velocidades menores que los objetos más cercanos al centro

Pero las observaciones confirman que las galaxias giran a velocidades uniformes. Algunos astrónomos creen que el comportamiento orbital de las galaxias se puede explicar más acertadamente mediante la Modified Newtonian Dynamics (MOND) -una versión modificada de la Segunda Ley de Newton- que por la teoría rival ampliamente más aceptada de la materia oscura.

La teoría de la materia oscura admite la existencia de un halo de materia oscura que rodea a cada galaxia proveyendo de la suficiente materia (y gravedad) para que todo el conjunto de estrellas en el disco de una galaxia orbiten con la misma velocidad. MOND sin embargo, proporciona una explicación diferente, y un reciente estudio realizado sobre ocho galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea parece favorecer el enfoque MOND sobre la teoría de la materia oscura.

"La MOND fue inicialmente sugerida con relación a lo que observamos en el universo lejano", dijo Garry Angus, de la Universidad de St. Andrews. "Éste es el primer estudio detallado donde hemos podido comprobar la teoría sobre algo próximo a nosotros. Los cálculos de MOND y las observaciones parecen coincidir sorprendentemente bien"

Normalmente la ecuación F = m · a ( fuerza = masa por aceleración) permite resolver los problemas básicos de aceleraciones. Pero no explica la rotación observada de las galaxias. MOND sugiere que para valores bajos de aceleración, la aceleración de una partícula no es proporcional a la fuerza. Según Angus, MOND añade a la física una nueva constante de la naturaleza (a0), además de la velocidad de la luz y la constante de Plank. Por encima de esta constante, las aceleraciones son exactamente las calculadas por la Segunda Ley de Newton (F = m · a).

Por debajo, la fuerza de la gravedad disminuye con la distancia a la masa en vez de con la distancia al cuadrado.

Esta constante es tan pequeña, que ha permanecido inadvertida debido a las altas aceleraciones que experimentamos en nuestra vida diaria. Por ejemplo, cuando dejamos caer una pelota, la gravedad es miles de millones de veces más potente que a0, y el movimiento de la Tierra alrededor del Sol es 50 millones de veces mayor.

Sin embargo, cuando los cuerpos aceleran muy lentamente, como los que observamos en las galaxias y en los cúmulos de galaxias, la constante aporta una diferencia significativa al resultado respecto a las fuerzas gravitatorias resultantes.

Cuando se aplica la teoría MOND a las galaxias enanas cercanas, uno de los efectos es que las fuerzas de marea de la Vía Láctea -que ejercen un efecto insignificante en la mecánica clásica de Newton- realmente pueden hacer una notable diferencia. Esto es particularmente significativo para las enanas que orbitan cerca de nuestra galaxia.

"En estas galaxias enanas, la gravedad interna es muy débil comparada con la gravedad de la Vía Láctea", dijo Angus. "MOND sugiere que la Vía Láctea viene a ser como un banco que presta gravedad a las galaxias enanas más cercanas para hacerlas más estables. Sin embargo, existen condiciones para el préstamo: si las galaxias enanas comienzan a acercarse al banco, el préstamo se reduce gradualmente e incluso puede llegar a ser cancelado, y las enanas tienen que devolverlo. Hemos observado en dos galaxias algo que puede ser señal de que se han aproximado muy rápidamente y son incapaces de devolver el préstamo con suficiente rapidez. Esto parece haber provocado la alteración de su equilibrio".

Angus usó MOND para calcular la relación de la masa con la cantidad de luz emitida por las estrellas en las galaxias enanas a partir de las velocidades observadas de manera aleatoria en las estrellas individuales. También calculó la trayectoria orbital de las estrellas en las galaxias enanas. En los ocho casos, los cálculos MOND para sus órbitas coincidieron con las predicciones. En seis de las ocho galaxias, los cálculos también lograron una buena predicción respecto a los valores esperados para la relación masa/luz; sin embargo, para dos de ellas, Sextans y Draco, la relación fue muy alta, lo que podría sugerir efectos de marea. El valor para Sextans también podría atribuirse a una mala calidad de las mediciones de la luminosidad de la galaxia, que según Angus está mejorando para estos objetos ultra diminutos.

"Estos efectos de marea pueden ser verificados actualizando la luminosidad de los últimos 13 años de Sextans, y realizando observaciones más exactas de la órbita de Draco y Sextans alrededor de la Vía Láctea. También necesitamos llevar a cabo algunas simulaciones detalladas para comprender los mecanismos exactos del calentamiento por marea", dijo Angus.

Si la gravedad de Newton se mantuviera cierta, la materia oscura necesaria en las galaxias enanas debería poseer una densidad constante en el centro, lo cual contradice las predicciones teóricas que sugieren que la densidad debería aumentar en el centro.

"Incluso sin una detección directa, la teoría de la materia oscura resulta difícil de demostrar o refutar, y aunque no seamos capaces de probar que la teoría MOND es correcta, al realizar este tipo de pruebas podremos ver si continúa sosteniéndose o si está definitivamente descartada", añadió Angus.

Fuente: Astro Web. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard