Método sencillo para describir anomalías gravitacionales

Dentro del esquema de relatividad general de Einstein, que es la teoría más terminada y completa que tiene la ciencia para describir la gravedad, se piensa que el universo está formado por un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, donde las formas en que cambian las medidas de distancia y tiempo implican una curvatura. Movimientos en este espacio-tiempo curvo, es lo que percibimos como gravedad.

Dos investigadores de la UNAM, Xavier Hernández Doring, del Instituto de Astronomía (IA), y Roberto Sussman Livovsky, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), han aportado elementos teóricos relevantes que sugieren el desarrollo de una teoría de gravedad extendida, la cual permita una explicación más sencilla a las convencionales que consideran a la materia y la energía oscuras, componentes que serían responsables de 95 por ciento del universo.

“Lo que percibimos como gravedad y como atracción hacia cuerpos en este esquema, tiene que ver con moverse en un espacio curvo, distinto del espacio al que estamos acostumbrados de tres dimensiones. Hay todo un desarrollo sobre cómo se mueven las cosas en este espacio curvo”, aseguró Hernández Doring.

Otra parte importante de la relatividad de Einstein es una receta en donde, dada la presencia de masa y energía, se define cómo se curvará este espacio.

“Una vez que se dan esas dos cosas, el espacio curvado de ciertas maneras, tienes toda una maquinaria para saber cómo se van a mover objetos, luz, etc. Y si aparte tienes una receta para predecir cómo se curvará en función de donde están las masas y demás, tienes resuelto el problema”, señaló.

El artículo de los universitarios fue divulgado desde el mes pasado en línea en la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Anomalías gravitacionales

Dentro de esta teoría, que tiene como límite de bajas velocidades la ley de gravedad de Newton, hay unas anomalías gravitacionales fortísimas a escalas de galaxias y cosmológicas.

A escalas locales, en términos del sistema solar o de la Tierra, funcionan perfectamente. También cuadran las predicciones a sistemas de altas velocidades y altas aceleraciones, como estrellas de neutrones que chocan, o estrellas normales.

Creen que lo que está detrás es un cambio en la receta de Einstein sobre cómo calcular curvaturas, dada una distribución de la materia. No saben exactamente cómo, no tienen una teoría final, pero ya identificaron un criterio puramente geométrico sencillo, que reproduce toda la fenomenología oscura

“Pero siempre que vas a sistemas de muy baja aceleración, en un régimen de aceleración totalmente distinto por 10 órdenes de magnitud a cualquier cosa que hayamos visto en la Tierra, como las partes externas de galaxias, ahí resulta que ya no hay acuerdo entre las observaciones y la teoría”, detalló.

Dada la cantidad de masa que vemos, la cantidad de curvatura o fuerza que inferimos es totalmente distinta. “Necesitamos invocar la presencia de mucha más materia de la que vemos, es lo que se llama materia oscura”.

El criterio geométrico es una forma sencilla de describir todas estas anomalías gravitacionales a nivel galáctico y cosmológico, así como en términos de cómo se mueven las estrellas y la luz.

“Todo esto puede caracterizarse de una forma extremadamente clara relacionando estas características del espacio que se curva. En el esquema normal, la descripción es complicadísima, tienes que suponer que hay dos componentes oscuros (energía y materia) para más o menos reproducir lo que se ve, pero es extremadamente complejo y es el resultado de la concatenación de muchos procesos físicos a veces medianamente independientes entre sí”, explicó Hernández Doring.

Los astrofísicos encontraron un criterio sencillo que les permite caracterizar toda esta fenomenología y apoya fuertemente esquemas para dejar de lado la idea de la materia oscura, “que nadie ha visto nunca, ni una sola partícula, a pesar de décadas de experimentos dedicados a encontrarla”, aseguró el investigador.

Su esquema sencillo puede describirse en una ecuación trivial. Describe las características que las curvaturas tienen en estas zonas en las que aparentemente aparece la materia oscura y hace pensar que lo que estamos viendo es alguna modificación de la gravedad.

“Creemos que lo que está detrás es un cambio en la receta de Albert Einstein acerca de cómo calcular curvaturas, dada una distribución de la materia. No sabemos exactamente cómo, no tenemos una teoría final porque no hemos terminado. Pero identificamos un criterio puramente geométrico sencillo, que reproduce toda la fenomenología oscura. Tiene aproximaciones de por medio, pero las observaciones no son infinitamente exactas. Todas las observaciones astronómicas, en las que están basados estos esquemas, tienen una incertidumbre asociada. Una vez que estás dentro de esa incertidumbre no puedes decir nada más que eso. La realidad es consistente con este asunto.

“Hacemos suposiciones que creemos son correctas”, añadió Roberto Sussman, quien consideró que la cosmología actual “está pegada en alfileres”, porque depende de la existencia de fuentes oscuras que no se han detectado.

“Cuando no sabes qué es algo, puedes inventar cualquier cosa. Hay gente que dice que es un solo componente con dos facetas. Hay profunda ignorancia sobre estas fuentes. Simplemente no sabemos qué son. No conocemos su física fundamental, conocemos los efectos que tendría si existieran, ni siquiera tenemos evidencias independientes de su existencia.”

Sussman Livovsky aclaró que con esta propuesta “no estamos tirando a la basura la teoría que existe, simplemente planteamos la necesidad urgente de explorar de manera muy seria la modificación de la misma.

“Y estamos mostrando que hay una manera mucho más sencilla de hacerlo. Que dentro de un esquema tipo relatividad general y de curvaturas, hay una descripción infinitamente más sencilla y elegante”, agregaron Hernández y Sussman.

La referencia al artículo científico es: “Approaching the Dark Sector through a bounding curvature criterion”, de Hernández, Sussman y Nasser, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 483, 187, el cual puede encontrarse en la dirección electrónica https://academic.oup.com/mnras/article/483/1/147/5173107.