Sofisticadas simulaciones por computadora han sido empleadas para diseñar una prueba capaz de responder al dilema de si existe materia oscura en el Universo o hay que cambiar la ley de gravedad de Newton.

El nuevo estudio de las universidades de Bonn y California Irvine, publicado en Physical Review Letters, muestra que la respuesta está oculta en el movimiento de las estrellas dentro de pequeñas galaxias satélite girando alrededor de la Vía Láctea.

Utilizando una de las supercomputadoras más rápidas del mundo, los científicos han simulado la distribución de la materia de las llamadas galaxias «enanas» satélite. Estas son pequeñas galaxias que orbitan galaxias más grandes como la Vía Láctea o Andrómeda.

Los investigadores se centraron en una relación llamada relación de aceleración radial (RAR). En galaxias de disco, las estrellas se mueven en órbitas circulares alrededor del centro galáctico. La aceleración que los fuerza a cambiar de dirección es causada por la atracción de la materia en la galaxia. El RAR describe la relación entre esta aceleración y la causada solo por la materia visible. Proporciona una visión de la estructura de las galaxias y su distribución de materia.

«Ahora hemos simulado, por primera vez, el RAR de galaxias enanas en el supuesto de que existe materia oscura», explica en un comunicado Cristiano Porciani, del Instituto Argelander de Astronomía de la Universidad de Bonn.

«Resultó que se comportan como versiones reducidas de galaxias más grandes». Pero, ¿y si no hay materia oscura y, en cambio, la gravedad funciona de forma diferente a lo que pensaba Newton? «En este caso, el RAR de las galaxias enanas depende fuertemente de la distancia a su galaxia madre, mientras que esto no ocurre si existe materia oscura», explica el investigador Emilio Romano-Díaz.

Esta diferencia hace que los satélites sean una sonda poderosa para probar si la materia oscura realmente existe. La nave espacial Gaia, que fue lanzada por la ESA en 2013, podría proporcionar una respuesta. Fue diseñado para estudiar las estrellas en la Vía Láctea y sus galaxias satélites en un detalle sin precedentes y ha recopilado una gran cantidad de datos.

Sin embargo, probablemente llevará años analizar los datos. «Las mediciones individuales no son suficientes para probar las pequeñas diferencias que hemos encontrado en nuestras simulaciones», explica el estudiante de doctorado Enrico Garaldi. «Pero examinar repetidamente las mismas estrellas mejora las mediciones cada vez. Tarde o temprano, debería ser posible determinar si las galaxias enanas se comportan como en un universo con materia oscura, o no».

El cemento que mantiene unidas las galaxias

Esta pregunta es uno de los problemas más apremiantes en la cosmología actual. La existencia de materia oscura fue sugerida hace más de 80 años por el astrónomo suizo Fritz Zwicky. Se dio cuenta de que las galaxias se mueven tan rápido dentro de los cúmulos de galaxias que en realidad deberían alejarse.

Por lo tanto, postuló la presencia de materia invisible que, debido a su masa, ejerce la gravedad suficiente para mantener las galaxias en sus órbitas observadas. En la década de 1970, su colega estadounidense Vera Rubin descubrió un fenómeno similar en galaxias espirales como la Vía Láctea: giran tan rápido que la fuerza centrífuga debería romperlas si solo hubiera materia visible presente.

Hoy en día, la mayoría de los físicos están convencidos de que la materia oscura constituye aproximadamente el 80 por ciento de la masa del universo. Como no interactúa con la luz, es invisible para los telescopios. Sin embargo, suponiendo que su existencia proporciona un ajuste excelente a una serie de otras observaciones, como la distribución de la radiación de fondo, el resplandor del Big Bang. La materia oscura también proporciona una buena explicación para la disposición y la velocidad de formación de las galaxias en el universo.

Sin embargo, a pesar de los numerosos esfuerzos experimentales, no hay pruebas directas de que exista la materia oscura. Esto llevó a los astrónomos a la hipótesis de que la propia fuerza de la gravedad podría comportarse de forma diferente a lo que se pensaba anteriormente.

Según la teoría llamada dinámica newtoniana modificada (MOND), la atracción entre dos masas obedece a las leyes de Newton solo hasta cierto punto. A aceleraciones muy pequeñas, como las que prevalecen en las galaxias, la gravedad se vuelve considerablemente más fuerte. Por lo tanto, las galaxias no se rompen debido a su velocidad de rotación y la teoría MOND puede prescindir de la materia oscura.

Fuente: europapress.es