Los astrónomos mexicanos detrás de la Teoría de Gravitación Extendida
Por Tania María Robles Hernández
México, DF. 5 de mayo de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- Un equipo de astrofísicos mexicanos trabaja en el estudio de las teorías de gravedad modificada, las cuales proponen negar la existencia de la llamada materia oscura e interpretar con una teoría las anomalías gravitacionales que se presentan a escalas galácticas con mínimas aceleraciones (mientras que la teoría de la relatividad general de Einstein se vuelve relevante a velocidades cercanas a la de la luz). 
La escala de dichas aceleraciones a las que supuestamente trabajaría la materia oscura, son once órdenes de magnitud más pequeñas que la aceleración de la gravedad terrestre.
“Sabemos que en ciertos límites de fuerzas gravitatorias y aceleraciones muy grandes ya no es válida la mecánica newtoniana, Einstein nos enseñó eso con la relatividad general”, platicó en entrevista la astrónoma Christine Allen Armiño, quien es investigadora titular del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y editora de la Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica.
“Los últimos años nos hemos dedicado a ver, no solo a construir una teoría que pueda explicar esa parte de gravedad modificada o extendida, sino buscar más bien alguna tendencia sin ninguna teoría que nos dé firmeza sobre que realmente no vale la pena pensar en materia oscura sino en una extensión gravitacional”, explicó por su parte Sergio Mendoza Ramos, doctor en Astrofísica por la Universidad de Cambridge.
Componente desconocido
Dicha materia oscura fue propuesta por el astrónomo Fritz Zwicky. Fue nombrada así por ser la completa oposición a la materia bariónica, la cual está compuesta de átomos y a su vez de los componentes de los mismos; en cambio, la materia oscura estaría formada por elementos desconocidos. Su existencia fue supuesta para cuadrar los modelos de la gravedad actualmente aceptados.
Según la gravitación estándar, la composición del universo sería un cinco por ciento materia observable, es decir bariónica, 27 por ciento materia oscura y 68 por ciento energía oscura(componente señalado como responsable de acelerar la expansión del universo).
Sin embargo, para muchos astrónomos a nivel mundial esto no es posible, pues tras varios experimentos en los que se han invertido gran cantidad de recursos, como el del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), ANAIS y el Argon Dark Matter experiment (ArDM), entre otros, no se ha encontrado ningún rastro de esta materia exótica y desconocida.
Para los expertos, el ejemplo más claro de las inconsistencias de la gravedad estándar es un sistema de galaxia espiral, en donde la gravedad necesaria para que la materia de la galaxia se mantenga en rotación y no sea expulsada por la fuerza centrífuga debe ser mayor, o sería necesario que el 95 por ciento de la galaxia fuera materia oscura.
La creación de nuevas teorías
Las primeras modificaciones que sufrió la ley de la gravitación universal de Isaac Newton fueron con el descubrimiento de la precesión del perihelio del planeta Mercurio, en cuyo fenómeno se mostró que la órbita de dicho planeta respecto al Sol era cambiante con el transcurso de los años, explicó el doctor Mendoza Ramos.
Esto debido a que la velocidad con la que Mercurio se traslada alrededor del Sol es muy rápida y no coincidía con las predicciones y cálculos teóricos de movimiento, lo que fue resuelto por Einstein mediante su teoría de la relatividad general –publicada hace ya cien años–, agregó el investigador.
Esta teoría podría ya no ser válida a escalas de aceleración de once órdenes de magnitud menores a las que experimentamos en la Tierra, explicó Xavier Hernández Doring, quien también es doctor en Astrofísica por la Universidad de Cambridge.
Otra teoría que también excluye la existencia de dicha materia desconocida es la dinámica newtoniana modificada (MOND, por sus siglas en inglés), que trabaja sobre las curvas de rotación galácticas funcionando para estos cuerpos sin la necesidad de componentes oscuros. Estos desarrollos, comentó el especialista, datan de 1983 y fueron los primeros en identificar la escala de aceleración mínima bajo la cual se requieren modificaciones a la física, si se quiere excluir a la materia oscura.
Mexicanos en la modificación gravitacional
La Teoría de Gravitación Extendida propuesta por los científicos mexicanos unifica la descripción de MOND y la teoría newtoniana, en las que se afirma que la gravedad trabaja distinto a diferentes masas y distancias.
En 2011, el equipo formado por Mendoza Ramos y Hernández Doring trabajó con la astrónoma Christine Allen Armiño, experta en dinámica galáctica y miembro de la Unión Astronómica Internacional (IAU, por sus siglas en inglés), para realizar experimentos dinámicos en el estudio de estrellas binarias abiertas, las cuales permitieron establecer la invalidez de las leyes de Newton fuera del sistema solar, según explicó Allen Armiño.
Este estudio está basado en la atracción gravitacional de dos estrellas con datos de un catálogo con mediciones del telescopio Sloan Digital Sky Survey (SDSS), y en el cual también se han utilizado datos astronómicos del satélite Hipparcos. Dichas estrellas están separadas unas 7 mil unidades astronómicas o 7 mil veces la distancia de la Tierra al Sol, y son las que se encuentran en el régimen de aceleraciones bajas necesarias para que se haga uso de la materia oscura.
En palabras de Hernández Doring, la dinámica de galaxias en cúmulos también sufre más movimiento y fuerza del que es predicho por las teorías de gravedad actuales. A todo esto le fue atribuida la existencia de materia oscura, masa que completaría los sistemas físicos para mantener equilibrio mecánico en el movimiento de estos cuerpos, detalló el científico nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).
En 2013, Mendoza Ramos y Hernández Doring publicaron un artículo en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el cual prueba su Teoría de Gravitación Extendida en lentes gravitacionales, fenómeno que causa la deflexión de la luz por gravedad.
“Siempre que estés en un régimen de aceleraciones muy bajas tendría que aparecer esta modificación, todos los sistemas astrofísicos de aceleración baja que conocemos requieren materia oscura. Mientras que siempre que estás en regímenes de aceleración alta jamás necesitas materia oscura. Aunque había predicciones de materia oscura en sistemas de aceleraciones altas, no aparece dicha materia cuando estás en esas aceleraciones”, comentó el doctor Hernández Doring.
Trabajo constante
A pesar del trabajo internacional que se ha realizado por décadas en teorías que excluyen la existencia de materia oscura, “hay muchas publicaciones de divulgación, e incluso no de divulgación científica, en donde se afirma como un hecho comprobado que existe la materia oscura y que es el 95 por ciento del universo, y que es responsable de su estructura; te lo presentan como un hecho”, aseveró Hernández Doring.
“Lo que estamos haciendo es nuevo en el sentido de que ha logrado superar una mucho mayor cantidad de pruebas empíricas y astrofísicas, comparadas con las observaciones de cualquier otra de las teorías alternativas de gravedad que se han propuesto para tratar de deshacerse de estos componentes oscuros”, afirmó el también integrante de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), en un boletín oficial de la Dirección General de Comunicación Social (DGCS) de la UNAM.
Este equipo de astrofísicos que formulan la Teoría de Gravitación Extendida está compuesto por los doctores Mendoza Ramos y Hernández Doring, la maestra Allen Armiño y algunos estudiantes, todos del Instituto de Astronomía de la UNAM, quienes conforman el único grupo de mexicanos que actualmente trabajan en esta área.
En la actualidad, el equipo se enfoca en el estudio de la gravedad modificada extendida en la dinámica de cúmulos de galaxias, en colaboración con el doctor Omar López Cruz, del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), que pertenece al Sistema de Centros Públicos de Investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).
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