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Avanzan en la Teoría de la Gravitación Extendida

  • Los astrofísicos Sergio Mendoza, Tula Bernal y Juan Carlos Hidalgo, del Instituto de Astronomía, propusieron en 2010 modificar la Ley de Gravitación Universal de Newton y ahora completan su argumento con una versión relativista de la gravitación extendida
  • Encontraron una forma de determinar la curvatura del espacio por la presencia de masas observadas directamente, a diferencia de aproximaciones teóricas

Los astrofísicos Sergio Mendoza, Tula Bernal y Juan Carlos Hidalgo, del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM, en colaboración con su colega italiano Salvatore Capozziello, de la Universidad Federico II de Nápoles, elaboraron una teoría métrica relativista que describe el comportamiento de partículas bajo el influjo de fuerzas gravitacionales muy débiles, como aquellas sentidas a escalas galácticas.

Su trabajo busca una solución relativista a la Teoría de la Gravitación que no considera a la materia oscura, utilizada por la mayoría de los astrofísicos del mundo para explicar fenómenos galácticos y cosmológicos.

En septiembre de 2010, Mendoza y su grupo –junto con el astrónomo Xavier Hernández, también investigador del IA— propusieron reformular la Ley de Gravitación Universal de Isaac Newton, con un planteamiento de Gravedad Extendida que pretende explicar inconsistencias entre los fenómenos observados a distancias galácticas y el comportamiento predicho por la teoría clásica.

La formulación, publicada el año pasado en dos artículos, en la revista Astronomy & Astrophysics, 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.

Han encontrado cómo se curva el espacio por la presencia de masas directamente de observaciones astronómicas, a diferencia de las aproximaciones puramente teóricas propias de otras teorías gravitacionales, como las supercuerdas o la gravitación cuántica.

Han encontrado cómo se curva el espacio por la presencia de masas directamente de observaciones astronómicas, a diferencia de las aproximaciones puramente teóricas propias de otras teorías gravitacionales, como las supercuerdas o la gravitación cuántica.

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.

Nuevos resultados

El grupo de investigadores ha trabajado por más de un año en la búsqueda de la ampliación de la teoría de Gravitación Extendida, dada a conocer a mediados de 2010.

Argumentan que las partes externas de sistemas muy masivos con extensiones galácticas sienten una fuerza de atracción mayor a la prevista por las teorías de Newton y Einstein.

En esas regiones la aceleración sufrida por los cuerpos es menor a la llamada aceleración de Milgrom, que se presenta ahora como una nueva constante fundamental de la naturaleza.

La Gravitación Extendida toma como base una nueva escala de masa-longitud, proporcional al cociente de la masa entre el cuadrado de la distancia.

En consideración de estos parámetros, junto con la velocidad de la luz, los científicos han construido una teoría métrica relativista para aquellos objetos que experimentan muy bajas aceleraciones, de tal suerte que la nueva teoría deriva naturalmente en la gravitación extendida newtoniana para partículas que viajan a velocidades sublumínicas, y en la gravitación relativista de Einstein, para escalas subgalácticas, donde la masa-longitud es grande.

Desde hace más de 30 años, se observa una serie de comportamientos inesperados en múltiples sistemas estelares y galácticos. En general, los movimientos de las estrellas que se encuentran en las afueras de las galaxias y de los cúmulos globulares, así como los de las pertenecientes a grandes supercúmulos, son mucho mayores a lo predicho por las leyes de gravedad de Newton y Einstein.

De tal manera que la fuerza centrífuga que debieran sentir habría ya dispersado dichos sistemas. Como esto no ha sucedido, se infiere que existe una mayor fuerza gravitacional que los mantiene unidos.

A nivel cosmológico también se observan anomalías en las llamadas lentes gravitacionales y la acelerada expansión del Universo. Para explicar estas últimas es que se requiere una nueva teoría relativista.

Tres corrientes de pensamiento han buscado explicar estos fenómenos. La más popular a nivel mundial ha sido inferir la existencia de gran cantidad de materia exótica que no observamos, pero que genera tal fuerza gravitatoria. La segunda, conocida como MOND (siglas en inglés de Modified Newtonian Dynamics) propone modificar la reacción dinámica en la segunda ley de Newton, para sistemas sujetos a bajas aceleraciones.

La corriente alterna de Gravitación Extendida propone mantener la definición dada por la segunda ley, y ajustar así la correcta fuerza a partir de observaciones astronómicas. Algo que da confianza a los partidarios es que todas las anomalías aparecen justamente si los sistemas sufren aceleraciones menores.

Los científicos mexicanos e italianos han encontrado cómo se curva el espacio por la presencia de masas directamente de observaciones astronómicas, a diferencia de las aproximaciones puramente teóricas propias de otras teorías gravitacionales, como las supercuerdas o la gravitación cuántica.

Han pasado ya 95 años desde que Eisntein y el matemático David Hilbert formularon una teoría relativista de cómo el espacio se curvaba debido a la presencia de masas, con observaciones del movimiento de los planetas alrededor del Sol. Hoy, el equipo de Mendoza ha repetido esta tarea con una extensa recopilación de observaciones en diversos ambientes astronómicos.

La teoría métrica de gravitación relativista extendida, como le llaman sus creadores, será publicada en la revista European Physical Journal C. Los investigadores continuarán en el trabajo para completar el planteamiento, así como para determinar las consecuencias astrofísicas y cosmológicas.

Fuente: Sala de Prensa UNAM

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