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Nuevo descubrimiento indica una teoría alternativa de la gravedad

Las perturbaciones en las galaxias enanas de uno de los cúmulos de galaxias más cercanos de la Tierra apuntan a una teoría de la gravedad diferente.

La galaxia enana NGC1427A vuela a través del cúmulo de galaxias Fornax y sufre perturbaciones que no serían posibles si esta galaxia estuviera rodeada por un halo de materia oscura pesado y extendido, como lo requiere la cosmología estándar. Crédito: ESO


Las galaxias enanas son galaxias pequeñas y débiles que a menudo se encuentran en o cerca de galaxias más grandes o cúmulos de galaxias. Como resultado, podrían verse afectados por los efectos gravitacionales de sus compañeros más grandes.

“Presentamos una forma innovadora de probar el modelo estándar basado en la cantidad de galaxias enanas perturbadas por las mareas gravitacionales de galaxias cercanas más grandes”, dijo Elena Asencio, estudiante de doctorado en la Universidad de Bonn y autora principal de la historia.

Las mareas ocurren cuando la gravedad de un cuerpo tira de varias áreas de otro cuerpo de manera diferente. Estos son comparables a las mareas en la Tierra, que se forman cuando la luna ejerce una atracción más fuerte en el lado de la Tierra que mira hacia la luna.

El cúmulo Fornax es el hogar de una rica población de galaxias enanas. Observaciones recientes sugieren que varios de estos enanos parecen distorsionados como si el entorno del cúmulo los hubiera perturbado. “Tales perturbaciones en las enanas de Fornax no se esperan de acuerdo con el Modelo Estándar”, dijo Pavel Kroupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Carolina de Praga. “Esto se debe a que, de acuerdo con el modelo estándar, los halos de materia oscura de estas enanas deberían protegerlas en parte de las mareas levantadas por el cúmulo”.

Los científicos examinaron la cantidad esperada de perturbación de las enanas, que está determinada por sus propiedades internas y la distancia del centro del cúmulo gravitacionalmente poderoso. Las galaxias grandes con masas estelares bajas, así como las galaxias cercanas al centro del cúmulo, son más fácilmente perturbadas o destruidas. Compararon los hallazgos con la cantidad de perturbación mostrada en las fotos tomadas por el Telescopio de Rastreo VLT del Observatorio Europeo Austral.

“La comparación mostró que, si uno quiere explicar las observaciones en el modelo estándar” – dijo Elena Asencio – “las enanas de Fornax ya deberían ser destruidas por la gravedad desde el centro del cúmulo, incluso cuando las mareas que levanta en una enana son sesenta y cuatro veces más débiles que la propia gravedad propia de la enana”. Esto no solo es contrario a la intuición, dijo, sino que también contradice estudios anteriores, que encontraron que la fuerza externa necesaria para perturbar una galaxia enana es aproximadamente la misma que la autogravedad de la enana.


Contradicción con el modelo estándar

A partir de esto, los autores concluyeron que, en el modelo estándar, no es posible explicar las morfologías observadas de las enanas de Fornax de una manera autoconsistente. Repitieron el análisis utilizando la dinámica milgromiana (MOND). En lugar de asumir halos de materia oscura que rodean las galaxias, la teoría MOND propone una corrección a la dinámica newtoniana por la cual la gravedad experimenta un impulso en el régimen de bajas aceleraciones.

“No estábamos seguros de que las galaxias enanas pudieran sobrevivir al ambiente extremo de un cúmulo de galaxias en MOND, debido a la ausencia de halos protectores de materia oscura en este modelo”, admitió el Dr. Indranil Banik de la Universidad de St. Andrews, “pero nuestros resultados muestran un notable acuerdo entre las observaciones y las expectativas de MOND para el nivel de perturbación de las enanas de Fornax”.

“Es emocionante ver que los datos que obtuvimos con el telescopio de rastreo VLT permitieron una prueba tan exhaustiva de modelos cosmológicos”, dijeron Aku Venhola de la Universidad de Oulu (Finlandia) y Steffen Mieske del Observatorio Europeo Austral, coautores del estudio.

Esta no es la primera vez que un estudio que prueba el efecto de la materia oscura en la dinámica y la evolución de las galaxias concluye que las observaciones se explican mejor cuando no están rodeadas de materia oscura. “El número de publicaciones que muestran incompatibilidades entre las observaciones y el paradigma de la materia oscura sigue aumentando cada año. Es hora de comenzar a invertir más recursos en teorías más prometedoras”, dijo Pavel Kroupa, miembro de las Áreas de Investigación Transdisciplinaria “Modelado” y “Materia” de la Universidad de Bonn.

El Dr. Hongsheng Zhao de la Universidad de St. Andrews agregó: “Nuestros resultados tienen implicaciones importantes para la física fundamental. Esperamos encontrar más enanos perturbados en otros cúmulos, una predicción que otros equipos deberían verificar”.

Referencia: “La distribución y morfologías de las galaxias enanas del cúmulo de Fornax sugieren que carecen de materia oscura” por Elena Asencio, Indranil Banik, Steffen Mieske, Aku Venhola, Pavel Kroupa y Hongsheng Zhao, 25 de junio de 2022, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. DOI: 10.1093/mnras/stac1765

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