La gravedad es la fuerza invisible que atrae objetos con masa entre sí y, durante siglos, los científicos han lidiado con esta y el resto de fuerzas fundamentales que gobiernan nuestro universo. Pero se nos resiste una masa invisible en el cosmos -propuesta por primera vez por el astrónomo holandés Jan Oort en 1932-, una masa faltante que mantiene, en teoría, unidas a las galaxias y que conocemos como materia oscura. Parece haber mucha más materia presente en el universo de la que puede explicarse únicamente con la materia visible.

La materia oscura explicaría los efectos gravitacionales que la relatividad general no puede explicarMidjourney/Sarah Romero

¿Existe o no la materia oscura?

A diferencia de la materia ordinaria, que podemos ver e interactuar con ella directamente, la materia oscura no emite, absorbe ni refleja luz, lo que la hace invisible para los telescopios y otros instrumentos de detección. La idea de la materia oscura ganó mayor fuerza en la década de 1970 gracias al trabajo de la astrónoma estadounidense Vera Rubin. Rubin estudió las curvas de rotación de las galaxias espirales y descubrió que las regiones exteriores de estas galaxias giraban a velocidades que no podían explicarse únicamente por la atracción gravitacional de la materia visible. La naturaleza exacta de la materia oscura sigue siendo uno de los mayores misterios de la física moderna.

Es todo un enigma pero, por primera vez, un equipo de investigadores de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) ha demostrado poder solventar este misterio: y es que la gravedad puede existir sin masa, ofreciendo una explicación alternativa capaz de eliminar de un plumazo la necesidad de materia oscura en el universo y añadiendo un nuevo giro a este antiguo problema:

«Mi propia inspiración provino de mi búsqueda de otra solución a las ecuaciones del campo gravitacional de la relatividad general, cuya versión simplificada, aplicable a las condiciones de las galaxias y cúmulos de galaxias, se conoce como ecuación de Poisson, que proporciona una fuerza de gravitación finita en ausencia de masa detectable», explica Richard Lieu, profesor de física y astronomía en la Universidad de Alabama en Huntsville y autor principal del estudio que recoge la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «Esta iniciativa, a su vez, está impulsada por mi frustración con el status quo, es decir, la noción de la existencia de la materia oscura a pesar de la falta de evidencia directa durante todo un siglo».

La materia oscura no emite, absorbe ni refleja la luz, lo que la hace invisible para los telescopios.Midjourney/Sarah Romero

Primera demostración de que la gravedad existe sin masa

Según los científicos, los conjuntos concéntricos de defectos topológicos similares a capas en estructuras que se encuentran comúnmente en todo el universo pueden ser la fuente del «exceso» de gravedad necesario para mantener unida una galaxia o un cúmulo. Lo más probable es que estos ‘defectos’, se crearan durante el universo primitivo, cuando se produjo una transición de fase cosmológica, en el que el estado general de la materia cambia al mismo tiempo en todo el universo.

«Tanto la desviación de la luz como las velocidades orbitales estelares es el único medio por el cual se mide la fuerza del campo gravitacional en una estructura a gran escala, ya sea una galaxia o un cúmulo de galaxias. El argumento de mi artículo es que al menos las capas que se postulan no tienen masa, entonces no hay necesidad de perpetuar esta búsqueda aparentemente interminable de materia oscura», dice el experto.

UniversoMidjourney/Sarah Romero

Lieu destaca que su estudio no busca resolver el problema de la formación de estructuras en el cosmos y admite que aún persisten preguntas sin responder acerca de la condición inicial de las capas y la manera de verificar o negar su existencia de forma concluyente a través de observaciones concretas. Es probable que las investigaciones futuras se centren en cómo se forma una galaxia o un cúmulo a través de la alineación de estas capas y cómo se produce la evolución de las estructuras. Lo que sí está claro es que aporta una perspectiva bastante revolucionaria sobre la naturaleza de la gravedad, lo que, a su vez, abriría nuevas ventanas de comprensión de nuestro universo.

“Por supuesto, la disponibilidad de una segunda solución, incluso si es muy sugerente, no es por sí sola suficiente para desacreditar la hipótesis de la materia oscura; en el mejor de los casos, podría ser un ejercicio matemático interesante. Pero es la primera prueba de que la gravedad puede existir sin masa”, concluye Lieu.

Se cree que la materia oscura constituye alrededor del 27% de la masa y energía total del universo, mientras que la materia ordinaria (todo lo que podemos ver y tocar) comprende sólo alrededor del 5%. Se cree que el 68% restante es energía oscura, una fuerza misteriosa que impulsa la expansión acelerada del universo. 

Su presencia se puede inferir a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia visibleMidjourney/Sarah Romero

Referencias:

  • Richard Lieu. The binding of cosmological structures by massless topological defects. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. DOI: 10.1093/mnras/stae1258
  • Behrman, J. (2021). Portrait of a groundbreaking astronomer. Science, 371, 788 – 788. https://doi.org/10.1126/science.abg1818.
  • Dvorkin, C., Lin, T., & Schutz, K. (2020). Cosmology of Sub-MeV Dark Matter Freeze-In.. Physical review letters, 127 11, 111301 . https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.111301.
  • Salucci, P., Esposito, G., Lambiase, G., Battista, E., Benetti, M., Bini, D., Boco, L., Sharma, G., Bozza, V., Buoninfante, L., Capolupo, A., Capozziello, S., Covone, G., D’Agostino, R., deLaurentis, M., Martino, I., Somma, G., Grezia, E., Paolo, C., Fatibene, L., Gammaldi, V., Geralico, A., Ingoglia, L., Lapi, A., Luciano, G., Mastrototaro, L., Naddeo, A., Pantoni, L., Petruzziello, L., Piedipalumbo, E., Pietroni, S., Quaranta, A., Rota, P., Sarracino, G., Sorge, F., Stabile, A., Stornaiolo, C., Tedesco, A., Valdarnini, R., Viaggiu, S., & Yunge, A. (2020). Einstein, Planck and Vera Rubin: Relevant Encounters Between the Cosmological and the Quantum Worlds. , 8. https://doi.org/10.3389/fphy.2020.603190.
Deja un comentario
Mirá También:  Agricultores holandeses escriben mensajes de esperanza sobre campos de tulipanes

You May Also Like