Un grupo internacional de astrónomos, dirigido por un físico de la Universidad de St Andrews, ha revivido una teoría alternativa de la gravedad.

Dirigido por el Dr. Indranil Banik de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de St Andrews, la investigación reveló una alta velocidad de rotación predicha del gas en un galaxia enana consistente con la teoría previamente desacreditada conocida como Milgromian Dynamics (MOND).

Un estudio anterior de la velocidad de rotación del gas en la galaxia enana AGC 114905 (Mancera Pina et al, 2022) descubrió que el gas giraba muy lentamente y, por lo tanto, afirmó que la teoría MOND estaba muerta.

Tales teorías son esenciales para comprender nuestro universo porque, según la física conocida, las galaxias giran tan rápido que deberían separarse. MOND es una alternativa controvertida a la Relatividad General, la comprensión predominante del fenómeno de la gravedad inspirada en Einstein. Sin embargo, la Relatividad General requiere materia oscura para mantener unidas a las galaxias, mientras que MOND no. materia oscura.

Como nunca se ha detectado materia oscura, a pesar de décadas de investigación muy delicada, se han propuesto varias teorías para explicar alternativamente qué mantiene unidas a las galaxias. El debate continúa sobre qué teoría es la correcta. La bajísima velocidad de rotación reportada en el estudio de Mancera Pina et al es inconsistente con las predicciones en un universo gobernado por la Relatividad General con grandes cantidades de materia oscura.

El grupo de la Dra. Banik argumenta que la alta velocidad de rotación predicha en la teoría de la gravedad MOND es consistente con las observaciones si la inclinación del galaxia está sobrevalorado.

La rotación de estrellas y gas en galaxias distantes no se puede medir directamente. Solo el componente a lo largo de la línea de visión se conoce a partir de mediciones espectroscópicas precisas. Si la galaxia fuera vista casi de frente, rotaría principalmente dentro del plano del cielo. Esto podría llevar a los observadores a pensar que la galaxia en realidad gira muy lentamente, lo que les obligaría a sobreestimar la inclinación entre el disco y los planos del cielo. Esta inclinación se estimó a partir de cuán elíptica parece la galaxia (ver imagen).

El nuevo estudio exploró esta pregunta crucial utilizando simulaciones MOND detalladas de una galaxia de disco similar a CAG 114905 realizado en la Universidad de Bonn por Srikanth Nagesh e instigado por Pavel Kroupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Charles de Praga. Las simulaciones muestran que puede parecer algo elíptico incluso cuando se ve de frente. Esto se debe a que las estrellas y el gas en la galaxia tienen gravedad y pueden transformarse en una forma algo no circular. Un proceso similar provoca brazos espirales en las galaxias de disco, características que son tan comunes que a menudo se denominan galaxias espirales.

Como resultado, la galaxia puede estar mucho más cerca de lo que pensaban los observadores. Esto podría significar que la galaxia está girando mucho más rápido de lo informado, eliminando la tensión con MOND.

Dr. Banik, autor principal del nuevo estudio, dijo: “Nuestras simulaciones muestran que la inclinación de AGC 114905 podría ser significativamente menor de lo informado, lo que significaría que la galaxia en realidad está girando mucho más rápido de lo que la gente piensa, según las expectativas de MOND. ”

Dr. Hongsheng Zhao de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de St Andrews dijo: “La muy baja velocidad de rotación de esta galaxia es inconsistente con MOND y el enfoque estándar con la materia oscura. Pero solo MOND es capaz de sortear esta aparente contradicción”.

El nuevo estudio también argumenta que es poco probable que surja un efecto similar de ‘falsa inclinación’ en el enfoque estándar de la materia oscura porque la galaxia está dominada por el halo suave de la materia oscura. Las estrellas y el gas contribuyen poco a la gravedad, por lo que el disco no es «autogravitatorio».

Esto significa que es probable que parezca muy circular si se ve de frente, como lo confirman las simulaciones realizadas por otro grupo (Sellwood y lijadoras, 2022). Como resultado, la elipticidad observada debe deberse a una inclinación significativa entre el disco y los planos del cielo. La velocidad de rotación sería entonces muy pequeña, lo que implica que la galaxia tiene muy poca materia oscura. No es posible en esta estructura que una galaxia enana aislada tenga una cantidad tan pequeña de materia oscura, dada la cantidad de masa que tiene en estrellas y gas.

Pavel Kroupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Charles de Praga, dijo sobre el contexto más amplio de estos resultados: “Si bien MOND funciona bien en las pruebas realizadas hasta ahora, el enfoque estándar causa problemas muy serios en todas las escalas, desde galaxias enanas como AGC 114905 hasta escalas cosmológicas, como lo encontraron muchos equipos independientes”.

Referencia: «Inclinaciones sobreestimadas de las galaxias del disco milgromiano: el caso de la galaxia ultradifusa AGC 114905» por Indranil Banik, Srikanth T Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa y Hongsheng Zhao, 19 de abril de 2022, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac1073