Investigadores de la Universidad de Bonn y la Universidad de California en Irvine utilizaron sofisticadas simulaciones por computadora para diseñar una prueba que pudiera responder una pregunta candente en astrofísica:¿existe realmente la materia oscura? ¿O es necesario modificar la ley gravitacional de Newton? El nuevo estudio, ahora publicado en el Cartas de revisión física , muestra que la respuesta está oculta en el movimiento de las estrellas dentro de pequeñas galaxias satélites que giran alrededor de la Vía Láctea.

Usando una de las supercomputadoras más rápidas del mundo, los científicos han simulado la distribución de la materia de las llamadas galaxias satélites "enanas". Estas son pequeñas galaxias que orbitan galaxias más grandes como la Vía Láctea o Andrómeda.

Los investigadores se centraron en una relación llamada relación de aceleración radial (RAR). En las galaxias de disco, las estrellas se mueven en órbitas circulares alrededor del centro galáctico. La aceleración que los obliga a cambiar de dirección se debe a la atracción de la materia en la galaxia. El RAR describe la relación entre esta aceleración y la causada por la materia visible únicamente. Proporciona una idea de la estructura de las galaxias y su distribución de materia.

"Ahora hemos simulado, por primera vez, el RAR de las galaxias enanas asumiendo que existe materia oscura, ", explica el profesor Dr. Cristiano Porciani, del Instituto Argelander de Astronomía de la Universidad de Bonn." Resultó que se comportan como versiones reducidas de galaxias más grandes ". Pero, ¿qué pasa si no hay materia oscura y, en cambio, la gravedad funciona de manera diferente? de lo que pensaba Newton? "En este caso, el RAR de las galaxias enanas depende en gran medida de la distancia a su galaxia madre, si bien esto no sucede si existe materia oscura, "explica el investigador Emilio Romano-Díaz.

Esta diferencia convierte a los satélites en una poderosa sonda para probar si la materia oscura realmente existe. La nave espacial Gaia, que fue lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA) en 2013, podría dar una respuesta. Fue diseñado para estudiar las estrellas de la Vía Láctea y sus galaxias satélites con un detalle sin precedentes y ha recopilado una gran cantidad de datos.

Sin embargo, Probablemente se necesitarán años para analizar los datos. "Las mediciones individuales no son suficientes para probar las pequeñas diferencias que hemos encontrado en nuestras simulaciones, "explica el estudiante de doctorado Enrico Garaldi." Pero examinar repetidamente las mismas estrellas mejora las mediciones cada vez. Tarde o temprano, debería ser posible determinar si las galaxias enanas se comportan como en un universo con materia oscura, o no ".

El cemento que mantiene unidas a las galaxias

Esta pregunta es una de las cuestiones más urgentes de la cosmología actual. La existencia de materia oscura fue sugerida hace más de 80 años por el astrónomo suizo Fritz Zwicky. Se dio cuenta de que las galaxias se mueven tan rápido dentro de los cúmulos de galaxias que en realidad deberían separarse. Por lo tanto, postuló la presencia de materia invisible que, por su masa, ejerce suficiente gravedad para mantener las galaxias en sus órbitas observadas. En los 1970s, su colega estadounidense Vera Rubin descubrió un fenómeno similar en las galaxias espirales como la Vía Láctea:giran tan rápido que la fuerza centrífuga debería desgarrarlas si solo hubiera materia visible.

Hoy dia, la mayoría de los físicos están convencidos de que la materia oscura constituye aproximadamente el 80 por ciento de la masa del universo. Dado que no interactúa con la luz, es invisible para los telescopios. Todavía, asumiendo que su existencia proporciona un ajuste excelente a una serie de otras observaciones, como la distribución de la radiación de fondo, el resplandor del Big Bang. La materia oscura también proporciona una buena explicación de la disposición y la velocidad de formación de las galaxias en el universo. Sin embargo, a pesar de numerosos esfuerzos experimentales, no hay prueba directa de que exista materia oscura. Esto llevó a los astrónomos a la hipótesis de que la fuerza gravitacional en sí misma podría comportarse de manera diferente a lo que se pensaba anteriormente. Según la teoría llamada dinámica newtoniana modificada (MOND), la atracción entre dos masas obedece a las leyes de Newton sólo hasta cierto punto. A muy pequeñas aceleraciones, como los que prevalecen en las galaxias, la gravedad se vuelve considerablemente más fuerte. Por lo tanto, las galaxias no se desgarran debido a su velocidad de rotación y la teoría MOND puede prescindir de la materia oscura.

El nuevo estudio abre la posibilidad a los astrónomos de probar estas dos hipótesis en un régimen sin precedentes.