La materia oscura es una forma hipotética de materia que se deduce por efectos gravitacionales que no pueden explicarse mediante la relatividad general a menos que haya más materia en el universo de la que se puede ver. Permanece virtualmente tan misteriosa como hace casi un siglo, cuando fue sugerida por primera vez por el astrónomo holandés Jan Oort en 1932 para explicar la llamada “masa faltante” necesaria para que las galaxias se agrupen.

Ahora, el Dr. Richard Lieu de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) ha publicado un artículo que muestra, por primera vez, cómo la gravedad puede existir sin masa, proporcionando una teoría alternativa que podría potencialmente mitigar la necesidad de materia oscura.

Mi propia inspiración provino de mi búsqueda de otra solución a las ecuaciones del campo gravitacional de la relatividad general — cuya versión simplificada, aplicable a las condiciones de galaxias y cúmulos de galaxias, es conocida como la ecuación de Poisson — que da una fuerza gravitacional finita en ausencia de cualquier masa detectable, dice Lieu, profesor distinguido de física y astronomía en la UAH, parte del Sistema de la Universidad de Alabama. Esta iniciativa a su vez es impulsada por mi frustración con el statu quo, es decir, la noción de la existencia de materia oscura a pesar de la falta de cualquier evidencia directa durante un siglo entero.

El investigador sostiene que la gravedad “excesiva” necesaria para unir una galaxia o cúmulo podría deberse en cambio a conjuntos concéntricos de defectos topológicos en estructuras comúnmente encontradas en todo el cosmos que probablemente se crearon durante el universo temprano cuando ocurrió una transición de fase. Una transición de fase cosmológica es un proceso físico donde el estado general de la materia cambia conjuntamente en todo el universo.

Actualmente no está claro qué forma precisa de transición de fase en el universo podría dar lugar a defectos topológicos de este tipo, dice Lieu. Los efectos topológicos son regiones muy compactas del espacio con una densidad de materia muy alta, generalmente en forma de estructuras lineales conocidas como cuerdas cósmicas, aunque también son posibles estructuras 2-D como conchas esféricas. Las conchas en mi artículo consisten en una capa interna delgada de masa positiva y una capa externa delgada de masa negativa; la masa total de ambas capas — que es todo lo que se podría medir en términos de masa — es exactamente cero, pero cuando una estrella se encuentra en esta concha experimenta una gran fuerza gravitacional que la atrae hacia el centro de la concha.

Como la fuerza gravitacional involucra fundamentalmente la deformación del espacio-tiempo en sí, permite que todos los objetos interactúen entre sí, ya tengan masa o no. Se ha confirmado, por ejemplo, que los fotones sin masa experimentan efectos gravitacionales de objetos astronómicos.

La curvatura gravitacional de la luz por un conjunto de conchas singulares concéntricas que comprenden una galaxia o cúmulo se debe a que un rayo de luz es desviado ligeramente hacia adentro — es decir, hacia el centro de la estructura de gran escala, o el conjunto de conchas — a medida que pasa a través de una concha, señala Lieu. El efecto total sumado del paso a través de muchas conchas es una desviación total finita y medible que imita la presencia de una gran cantidad de materia oscura de la misma manera que la velocidad de las órbitas estelares.

Tanto la desviación de la luz como las velocidades orbitales estelares son el único medio por el cual se mide la fuerza del campo gravitacional en una estructura de gran escala, ya sea una galaxia o un cúmulo de galaxias. La afirmación de mi artículo es que al menos las conchas que propone son sin masa. Entonces, no hay necesidad de perpetuar esta búsqueda aparentemente interminable de materia oscura.

Las preguntas para investigaciones futuras probablemente se centrarán en cómo una galaxia o cúmulo se forma por la alineación de estas conchas, así como en cómo se lleva a cabo la evolución de las estructuras.

Este artículo no intenta abordar el problema de la formación de estructuras. Un punto polémico es si las conchas eran inicialmente planos o incluso cuerdas rectas, pero el momento angular las enrolla. También está la cuestión de cómo confirmar o refutar las conchas propuestas mediante observaciones dedicadas. Por supuesto, la disponibilidad de una segunda solución, incluso si es altamente sugestiva, no es por sí misma suficiente para desacreditar la hipótesis de la materia oscura — podría ser como mucho un ejercicio matemático interesante, concluye Lieu. Pero es la primera prueba de que la gravedad puede existir sin masa.



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