Sergio Mendoza y Xavier Hernández, astrofísicos mexicanos del Instituto de Astronomía de la UNAM, propusieron reformular la Ley de Gravitación Universal de Isaac Newton, con un planteamiento de Gravedad Extendida que pretende explicar una serie de inconsistencias entre los fenómenos observados a distancias galácticas y el comportamiento predicho por la teoría clásica. La formulación, publicada este año en dos artículos, en la revista Astronomy & Astrophisics, y en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ofrece una nueva expresión para la fuerza de gravedad, que resulta indistinguible de la Ley de Newton a escalas del Sistema Solar, pero a niveles galácticos decae más lentamente que lo señalado por la formulación del físico inglés.
Un ejemplo es el de las galaxias espirales, que rotan más rápido de lo esperado, tanto que el gas y las estrellas que las componen, debieran dispersarse al girar como rehilete de agua; sin embargo, la fuerza que las mantiene unidas compensa la centrífuga originada por el movimiento de rotación.
Los modelos dominantes para explicar esta discrepancia han consistido en postular que hay más materia de la que se observa, la llamada materia oscura, cuya fuerza gravitacional debiera mantener unida a la galaxia. No obstante, debe poseer propiedades exóticas como no absorber ni emitir luz, traspasar la materia ordinaria, ocupar grandes extensiones de espacio sin agrumarse, además de componer el 90 por ciento de la materia del Universo.
Por décadas, se ha invertido esfuerzo y dinero para detectar esta hipotética materia, pero no se ha logrado, lo que ha llevado a los científicos a buscar soluciones alternativas.
Exploran camino alterno
La Ley de la Gravitación Universal, propuesta por Newton en 1687 en su libro Principios matemáticos de la filosofía natural, establece una relación cuantitativa para la fuerza de atracción entre dos objetos con masa.
Sostiene que todo objeto en el Universo que posea masa ejerce una atracción gravitatoria sobre cualquier otro objeto con masa, aún si están separados por una gran distancia (como sucede con las estrellas binarias, que están asociadas, aunque a veces están muy lejos una de la otra).
Mendoza y Hernández han explorado un camino alterno que descarta la presencia de materia oscura. Infieren que la fuerza atractiva que produce la materia observada a distancias galácticas es mayor de lo supuesto. Este proceder es el que el mismo Newton recomienda: buscar las fuerzas que rigen el movimiento de los astros en vez de postular sustancias exóticas. Puede ser encontrado en el prefacio de la segunda edición de su libro.
Los científicos también presentan pruebas comparativas a lo largo de todas las escalas astronómicas, con resultados dentro de los rangos de error de las mejores mediciones hechas a la fecha, incluidas las de posición y movimiento del Sistema Solar, que tienen una precisión fraccional de hasta una parte en un billón.
Igualmente, presentan predicciones verificables para numerosos problemas de actualidad. La propuesta explica múltiples inconsistencias a lo largo de todas las escalas astronómicas, sin precisar la de la materia oscura.
Este resultado replantea la visión que se ha tenido del cosmos en los últimos 30 años, desde que Fritz Zwicky y Vera Rubin postularon la existencia de la materia oscura.
La Gravedad Extendida abre nuevas líneas de investigación, como buscar su versión relativista, revisar las consecuencias en torno a la curvatura del espacio y su expansión, y dar respuesta al problema de la energía oscura.
Por más de 30 años, grupos de investigación que consideran insatisfactoria la teoría de la materia oscura han trabajado modelos gravitacionales alternativos.
Parte de ellos han seguido los Modelos de Dinámica Modificada (MOND, por sus siglas en inglés) de Mordehai Milgrom, de 1981, que planteó un cambio en la segunda ley de Newton (describe la dinámica de una partícula de masa acelerada por la acción de una fuerza) para aquellos sistemas que sufrieran aceleraciones pequeñísimas, pero las expresiones matemáticas de MOND han resultado rebuscadas y difíciles de aplicar.
Hernández y Mendoza, junto con su equipo de trabajo conformado por el investigador posdoctoral Juan Carlos Hidalgo y las estudiantes de doctorado y maestría Tula Bernal y Teresita Suárez, han propuesto una alternativa equivalente a MOND, mediante el desarrollo de las potencias de la expresión gravitacional de la fuerza de Newton, conocida como F= GMm/r2.
La Gravedad Extendida detalla la fuerza sentida por los objetos a todas las distancias astronómicas; coincide con la descripción propuesta por Newton para el Sistema Solar, y con las planteadas por MOND para los sistemas galácticos. Además, puntualiza la fuerza sentida por sistemas intermedios como las galaxias elípticas.
En Conocer Ciencia reaizamos un programa dedicado a la biografía de Newton. Observe la presentación aquí:
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