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Galaxias simuladas sin materia oscura son similares a las reales

Los cosmólogos de hoy suponen que la materia no se distribuyó de manera completamente uniforme después del Big Bang

Imagen 1.500 años después en la ejecución de la simulación. Cuando más luminoso es el color, más alta la densidad del gas  - FOTO: AG KROUPA/UNI BONN
Imagen 1.500 años después en la ejecución de la simulación. Cuando más luminoso es el color, más alta la densidad del gas - FOTO: AG KROUPA/UNI BONN

MADRID. E.P.  | 09.02.2020 
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La formación de galaxias en un universo sin materia oscura ha sido replicada por primera vez en una computadora, con una modificación de las leyes de gravedad de Newton.

Las galaxias que se crearon en los cálculos de la computadora son similares a las que vemos en la actualidad. Según los autores, de las universidades de Bonn y Estrasburgo, sus suposiciones podrían resolver muchos misterios de la cosmología moderna. Los resultados se publican en el Astrophysical Journal.

Los cosmólogos de hoy suponen que la materia no se distribuyó de manera completamente uniforme después del Big Bang. Los lugares más densos atrajeron más materia de su entorno debido a sus fuerzas gravitacionales más fuertes. En el transcurso de varios miles de millones de años, estas acumulaciones de gas finalmente formaron las galaxias que vemos hoy.

Un ingrediente importante de esta teoría es la llamada materia oscura. Por un lado, se dice que es responsable de la distribución desigual inicial que condujo a la aglomeración de las nubes de gas. También explica algunas observaciones desconcertantes. Por ejemplo, las estrellas en galaxias giratorias a menudo se mueven tan rápido que en realidad deberían ser expulsadas. Parece que hay una fuente adicional de gravedad en las galaxias que previene esto, una especie de "masilla estelar" que no se puede ver con los telescopios: la materia oscura.

Sin embargo, todavía no hay pruebas directas de su existencia. "Quizás las fuerzas gravitatorias en sí mismas se comporten de manera diferente de lo que se pensaba anteriormente", explica el profesor Pavel Kroupa, del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn y el Instituto Astronómico de la Universidad de Charles en Praga.

Esta teoría lleva la abreviatura MOND (dinámica newtoniana modificada). Fue descubierta por el físico israelí Mordehai Milgrom. Según la teoría, la atracción entre dos masas obedece las leyes de Newton solo hasta cierto punto. Bajo aceleraciones muy bajas, como es el caso en las galaxias, se vuelve considerablemente más fuerte. Es por eso que las galaxias no se separan como resultado de su velocidad de rotación.

"En cooperación con el doctor Benoit Famaey en Estrasburgo, hemos simulado por primera vez si las galaxias se formarían en un universo MOND y, de ser así, cuáles", dice el estudiante de doctorado de Kroupa, Nils Wittenburg. Para hacer esto, utilizó un programa de computadora para cálculos gravitacionales complejos que se desarrolló en el grupo de Kroupa. Porque con MOND, la atracción de un cuerpo depende no solo de su propia masa, sino también de si otros objetos están cerca.

Luego, los científicos utilizaron este software para simular la formación de estrellas y galaxias, a partir de una nube de gas varios cientos de miles de años después del Big Bang. "En muchos aspectos, nuestros resultados son notablemente cercanos a lo que realmente observamos con los telescopios", explica Kroupa.

Por ejemplo, la distribución y la velocidad de las estrellas en las galaxias generadas por computadora siguen el mismo patrón que se puede ver en el cielo nocturno. "Además, nuestra simulación resultó principalmente en la formación de galaxias de disco giratorio como la Vía Láctea y casi todas las demás galaxias grandes que conocemos", dice el científico. "Las simulaciones de materia oscura, por otro lado, crean principalmente galaxias sin discos de materia distintos, una discrepancia en las observaciones que es difícil de explicar".

Los cálculos basados en la existencia de materia oscura también son muy sensibles a los cambios en ciertos parámetros, como la frecuencia de las supernovas y su efecto sobre la distribución de la materia en las galaxias. En la simulación MOND, sin embargo, estos factores apenas jugaron un papel.

Sin embargo, los resultados recientemente publicados de Bonn, Praga y Estrasburgo no se corresponden con la realidad en todos los puntos. "Nuestra simulación es solo un primer paso", enfatiza Kroupa. Por ejemplo, los científicos hasta ahora solo han hecho suposiciones muy simples sobre la distribución original de la materia y las condiciones en el universo joven. "Ahora tenemos que repetir los cálculos e incluir factores de influencia más complejos. Luego veremos si la teoría MOND realmente explica la realidad".