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La Gravedad Extendida – La Nueva Ley de Gravitación Universal de Newton


Sergio Mendoza y Xavier Hernández, astrofísicos mexicanos del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México, reformularon a finales del 2010 la Ley de Gravitación Universal de Newton con el fin de explicar una serie de inconsistencias entre los fenómenos observados a distancias galácticas y el comportamiento predicho por la teoría clásica.

Un ejemplo es el de las galaxias espirales que rotan mucho más rápido de lo esperado, tanto, que el gas y las estrellas que las componen debieran haberse dispersado al girar rápidamente cual reguilete de agua. Sin embargo, la fuerza que las mantiene unidas compensa la fuerza centrífuga originada por el movimiento de rotación.

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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. Sin embargo dicha materia 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% de la materia del Universo.

Durante décadas se ha invertido mucho esfuerzo y dinero en tratar de detectar esta hipotética materia sin lograrlo, lo que ha llevado a los científicos a buscar soluciones alternativas.

Mendoza y Hernández han explorado este camino alterno infiriendo 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 y que puede ser encontrado en el prefacio a la segunda edición de su famoso libro Principios matemáticos de la filosofía natural: buscar las fuerzas que rigen el movimiento de los astros en vez de postular sustancias exóticas.

La solución, publicada este año en dos artículos (el primero en la revista europea Astrónomy & Astrophisics, y el segundo en la inglesa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society), es sencilla y elegante, pues propone una nueva expresión para la fuerza de gravedad que resulta indistinguible de la ley de Newton a escalas del Sistema Solar, pero a escalas galácticas decae más lentamente que lo predicho por la formulación de Newton.

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, incluyendo la mediciones de posición y movimiento del Sistema Solar, las cuales tienen una precisión fraccional de hasta una parte en un billón. Igualmente presentan predicciones verificables para numerosos problemas de actualidad. La nueva ley de Gravitación da explicación a múltiples inconsistencias a lo largo de todas las escalas astronómicas sin precisar de la materia oscura.

Este resultado replantea la visión que se ha tenido del cosmos durante 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 lo es buscar su versión relativista, revisar las consecuencias en torno a la curvatura del espacio y su expansión, y dar respuesta al problema de la llamada energía oscura.

Durante más de 30 años, varios grupos de investigación que consideran insatisfactoria la teoría de la materia oscura han trabajado modelos gravitacionales alternativos. Gran parte de ellos han seguido las propuestas de dinámica newtoniana modificada (MOND por sus siglas en inglés) de Mordehai Milgrom de 1981, quien propuso un cambio en la expresión dinámica de la segunda ley (F=ma) para aquellos sistemas que sufrieran aceleraciones pequeñísimas, del orden de a0=1.2×10−10 m/s2. 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, desarrollando las potencias de la expresión gravitacional de la fuerza de Newton, bien conocida como F= GMm/r2 . A distancias galácticas, el término que domina sería la raíz de la fuerza de Newton. A escalas intermedias la fuerza de gravedad resulta en combinaciones de estas dos fuerzas.

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