Imágenes generadas por computadora que muestran una galaxia de disco a partir de una simulación de gravedad modificada. en color rojo-azul) la densidad del gas dentro del disco de la galaxia con las estrellas mostradas como puntos brillantes. El lado izquierdo de las imágenes muestra los cambios de fuerza en el gas dentro del disco, donde las regiones centrales oscuras corresponden al estándar, Las fuerzas similares a la relatividad general y las regiones de color amarillo brillante corresponden a fuerzas mejoradas (fuerzas modificadas). Las imágenes muestran vistas de la galaxia simulada desde arriba y de lado. Crédito:Christian Arnold / Baojiu Li / Universidad de Durham.
Las simulaciones de galaxias por supercomputadora han demostrado que la teoría de la relatividad general de Einstein podría no ser la única forma de explicar cómo funciona la gravedad o cómo se forman las galaxias.
Físicos de la Universidad de Durham, REINO UNIDO, simuló el cosmos usando un modelo alternativo para la gravedad:f (R) -gravedad, una llamada teoría del camaleón.
Las imágenes resultantes producidas por la simulación muestran que las galaxias como nuestra Vía Láctea aún podrían formarse en el universo incluso con diferentes leyes de la gravedad.
Los hallazgos muestran la viabilidad de la teoría del camaleón, llamada así porque cambia el comportamiento de acuerdo con el entorno, como una alternativa a la relatividad general para explicar la formación de estructuras en el universo.
La investigación también podría ayudar a comprender mejor la energía oscura, la misteriosa sustancia que está acelerando la tasa de expansión del universo.
Los hallazgos se publican en Astronomía de la naturaleza .
La relatividad general fue desarrollada por Albert Einstein a principios del siglo XX para explicar el efecto gravitacional de los objetos grandes en el espacio. por ejemplo, para explicar la órbita de Mercurio en el sistema solar.
Es la base de la cosmología moderna, pero también juega un papel en la vida cotidiana, por ejemplo, en el cálculo de posiciones GPS en teléfonos inteligentes.
Los científicos ya saben por cálculos teóricos que la teoría del camaleón puede reproducir el éxito de la relatividad general en el sistema solar.
El equipo de Durham ha demostrado ahora que esta teoría permite que se formen galaxias realistas como nuestra Vía Láctea y pueden distinguirse de la Relatividad General en escalas cosmológicas muy grandes.
El coautor principal de la investigación, el Dr. Christian Arnold, en el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, dijo:“La teoría del camaleón permite modificar las leyes de la gravedad para que podamos probar el efecto de los cambios en la gravedad en la formación de galaxias.
Se encuentran disponibles imágenes generadas por computadora que muestran una galaxia de disco a partir de una simulación de gravedad modificada. Se muestran las imágenes (lado derecho de la imagen, en color rojo-azul) la densidad del gas dentro del disco de la galaxia con las estrellas mostradas como puntos brillantes. El lado izquierdo de las imágenes muestra los cambios de fuerza en el gas dentro del disco, donde las regiones centrales oscuras corresponden al estándar, Las fuerzas similares a la relatividad general y las regiones de color amarillo brillante corresponden a fuerzas mejoradas (fuerzas modificadas). Las imágenes muestran vistas de la galaxia simulada desde arriba y de lado. Crédito:Christian Arnold / Baojiu Li / Universidad de Durham.
"A través de nuestras simulaciones, hemos demostrado por primera vez que incluso si cambia la gravedad, no evitaría que se formaran galaxias de disco con brazos espirales.
"Nuestra investigación definitivamente no significa que la Relatividad General esté equivocada, pero muestra que no tiene por qué ser la única forma de explicar el papel de la gravedad en la evolución del universo ".
Los investigadores observaron la interacción entre la gravedad en la teoría del camaleón y los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias.
Los agujeros negros juegan un papel clave en la formación de galaxias porque el calor y el material que expulsan al tragar la materia circundante pueden quemar el gas necesario para formar estrellas. deteniendo eficazmente la formación de estrellas.
La cantidad de calor arrojada por los agujeros negros se altera al cambiar la gravedad, afectando cómo se forman las galaxias.
Sin embargo, las nuevas simulaciones mostraron que incluso teniendo en cuenta el cambio en la gravedad causado por la aplicación de la Teoría del Camaleón, las galaxias aún podían formarse.
La relatividad general también tiene consecuencias para comprender la expansión acelerada del universo.
Los científicos creen que esta expansión está siendo impulsada por la energía oscura y los investigadores de Durham dicen que sus hallazgos podrían ser un pequeño paso hacia la explicación de las propiedades de esta sustancia.
El coautor principal de la investigación, el profesor Baojiu Li, del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, dijo:"En la relatividad general, Los científicos explican la expansión acelerada del universo al introducir una forma misteriosa de materia llamada energía oscura, cuya forma más simple puede ser una constante cosmológica. cuya densidad es una constante en el espacio y el tiempo.
"Sin embargo, alternativas a una constante cosmológica que explican la expansión acelerada modificando la ley de la gravedad, como la gravedad f (R), también se consideran ampliamente dado lo poco que se sabe sobre la energía oscura ".
Los investigadores de Durham esperan que sus hallazgos se puedan probar a través de observaciones utilizando el telescopio Square Kilometer Array (SKA), con sede en Australia y Sudáfrica, que debe comenzar las observaciones en 2020.
SKA será el radiotelescopio más grande del mundo y tiene como objetivo desafiar la teoría de la relatividad general de Einstein, mira cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias después del Big Bang, y ayudar a los científicos a comprender la naturaleza o la energía oscura.
