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MOND: una alternativa a la existencia de materia oscura

Christian Coria
7/ene/2015

Desde los años 30, los astrónomos han buscado evidencia de la materia oscura, una misteriosa sustancia que pueda explicar las anomalías de la curva de rotación de algunas galaxias. Sin embargo, en 1983 una nueva teoría intentó, no sin polémica, explicar dichas anomalías haciendo modificaciones a la Segunda Ley de Newton.

¿Qué ha pasado desde entonces? Tula Bernal Marín, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM, presentó en noviembre durante el Seminario de Cosmología del IFUNAM sus resultados sobre esta 'nueva' teoría conocida como Dinámica Newtoniana Modificada (MOND, por sus siglas en inglés) como límite del campo débil de la teoría métrica extendida de gravitación.

MOND se refiere a la teoría propuesta por el físico israelí Mordehai Milgrom en 1983 que hace una modificación de la Segunda Ley de Newton. De manera general, esta famosa ley no toma en cuenta los cambios de masa, sin embargo, en los casos en los que la masa es variable se debe tomar en cuenta dicho cambio con respecto al tiempo. Milgrom hizo esta modificación para explicar el problema de la velocidad de rotación de las galaxias de manera alternativa a la materia oscura.

El problema consiste en que, aunque es posible calcular con mucha exactitud la velocidad de rotación de las galaxias, existen algunas cuya velocidad es mucho mayor a la que les correspondería usando las leyes de Newton.

Existen entonces dos posibles explicaciones a este fenómeno: la primera es que hay materia que no vemos pero que causa una fuerte atracción gravitatoria sobre las estrellas externas, es decir, la materia oscura.

La segunda es que ni la ley de gravedad de Newton ni la de Einstein son válidas para esas regiones externas de las galaxias. Así surgen las teorías de gravedad modificada como es el caso de MOND.

En su charla, Bernal comentó que MOND puede ser tomado como límite del campo débil de una teoría particular de gravedad extendida cuando la constante de aceleración de Milgrom (que debe ser ajustada experimentalmente) se toma como una cantidad fundamental dentro de la teoría gravitacional.

“Como consecuencia, la invariancia de la escala de la gravedad newtoniana es el límite del campo débil de la relatividad general y MOND es el límite del campo débil de esta particular teoría extendida de la gravedad” dijo Bernal. Esta “particular teoría” se describe como F(x)= x3/2.

Mediante un sistema de perturbaciones de segundo orden de la teoría métrica gravitacional, que consiste en utilizar esquemas aproximados para describir sistemas cuánticos complicados en términos de otros más sencillos, Tula y su equipo mostraron que existen dos hechos observacionales:

La fenomenología de curvas de rotación aplanadas asociadas a la relación Tully-Fisher observada en galaxias en espiral y los detalles de lentes gravitacionales en galaxias y grupos de galaxias, sin la necesidad de materia oscura.

El primer hecho se refiere a la velocidad de rotación de las estrellas observables como función de su distancia radial; la relación Tully-Fisher muestra que la velocidad de rotación de las galaxias en espiral está únicamente relacionada con la luminosidad total de la galaxia.

Con respecto al segundo hecho observacional, resulta que una lente gravitacional se forma cuando la luz que procede de objetos distantes se curva alrededor de un objeto masivo, como una galaxia, situado entre el objeto emisor y receptor.

“Esta teoría es solo una aproximación a una ley gravitacional más general. Sin embargo, es la única teoría que encaja con estas dos cruciales observaciones”, concluyó Bernal Marín.