Hay cosas que aún se nos escapan de la gravedad. ¿Es posible que Einstein se equivocara?

La gravedad es uno de los fenómenos físicos más estudiados, lo que nos ha llevado a contar con modelos que se ajustan con enorme precisión a lo que observamos en el mundo natural. Sin embargo, para algunos físicos esto no es suficiente, lo que los ha llevado a proponer un nuevo modelo físico. Han encontrado en unos curiosos grupos de estrellas un importante aliado.

Grupos estelares. Los grupos de estrellas es cuestión se conocen como cúmulos estelares abiertos. Se forman tras un periodo de gran actividad de formación estelar en una nube de gas. Las nuevas estrellas, que pueden llegar a contarse por miles, van expulsando el gas, expandiendo el cúmulo y manteniéndose frágilmente unidas por la fuerza de gravedad.

Algo no encaja. Sin embargo estas agrupaciones de estrellas sobreviven tan solo durante "breves" periodos de tiempo. Como el gas, las estrellas acaban venciendo esta atracción gravitatoria y abandonando el clúster. Lo hacen de una manera particular.

Según el grupo avanza en la rotación en torno al centro de la galaxia, las estrellas se disipan en dos zonas llamadas colas de marea, una que precede al cúmulo y otra que lo sigue. Colas porque se estiran desde el centro del cúmulo, como la cola de un cometa, marea porque, como las mareas, es el tirón gravitacional la fuerza que impera.

Según lo que sabemos hoy en día de la gravedad, las teorías basadas en la gravedad newtoniana, las estrellas deberían repartirse equilibradamente entre estas dos colas. El problema es que las observaciones de estos cúmulos parecen indicar que las estrellas tienden a escapar en mayor número por las colas que preceden al cúmulo. Algo semejante ocurre con la esperanza de vida de estos cúmulos, puesto que se disipan mucho antes de lo que los modelos predicen.

Por la puerta de atrás. Un equipo de investigadores ha logrado explicar este fenómeno recurriendo a una teoría alternativa, la llamada dinámica newtoniana modificada (MOND). Pavel Kroupa, uno de los autores del trabajo, explica la diferencia a través de una analogía en la nota de prensa en la que se daba cuenta del estudio.

“Según MOND las estrellas pueden salir del clúster utilizando dos puertas diferentes, una da hacia la cola trasera y otra hacia adelante. Sin embargo, la primera es mucho más estrecha que la segunda, por lo que es menos probable que una estrella abandone el clúster a través de ella. La teoría de la gravedad de Newton, por su parte, predice que las dos puertas deberían ser igual de anchas”.

Una teoría alternativa. La teoría MOND es un tanto más compleja que unas puertas. Fue desarrollada por Mordehai Milgrom en la primera mitad de los 80 y su objetivo inicial era explicar la rotación observada en las galaxias sin tener que recurrir a la materia oscura.

MOND ajusta la segunda ley de Newton (que implica que la fuerza es equivalente al producto de masa y aceleración), ajustando esta equivalencia para casos en los que la aceleración es pequeña (como las zonas periféricas de una galaxia).

Simulando la realidad. Los investigadores crearon un modelo a partir del cambio en esta segunda ley de Newton y lo aplicaron a cúmulos como el de las Híades. El modelo predecía una distribución de las estrellas salientes del cúmulo muy semejante al observado.

El modelo no solo predecía la forma en la que las estrellas se disgregaban del clúster sino también el ritmo al que lo hacían. Si bien los modelos newtonianos clásicos predicen una disipación lenta de los cúmulos, MOND “acelera” esta desbandada, lo cual encaja también con lo observado en cúmulos como las Híades.

Las observaciones del reciente sondeo Gaia han sido claves para el equipo, ya que les han permitido distinguir entre las estrellas procedentes del clúster y las más antiguas que ya habitaban ese entorno de la galaxia.

Limitaciones matemáticas. Los autores del estudio reconocen que el análisis aún tiene importantes limitaciones. Ingo Thies, coautor del estudio explicaba que “tuvimos que recurrir a métodos computacionales muy simples para hacer esto. Actualmente no tenemos herramientas matemáticas para análisis más detallados de la dinámica newtoniana modificada”.

En el artículo, publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el equipo trata de llamar la atención sobre esta discrepancia, pero el consenso científico sigue favoreciendo los modelos “tradicionales”.

Sin tirar los manuales por la ventana. ¿Debemos entonces tirar a la basura uno de los pilares clave de la teoría de la relatividad y de lo que sabemos hoy en día sobre física? Ni mucho menos. Si bien el trabajo de Einstein en el que se basa buena parte de la física contemporánea parte de la física newotniana, lo que hace es de alguna manera corregirla y enmendarla.

De igual manera, MOND, de confirmarse, sería también un arreglo construido sobre lo que hoy en día sabemos de la física, aplicable en contextos específicos donde ya sabemos que las teorías convencionales no son capaces de generar predicciones exactas (salvo que introduzcamos variables externas como la materia oscura).

Un modelo que aún genera dudas. Uno de los problemas es que, si bien MOND ofrece una respuesta cuantitativa a problemas como el de los cúmulos estelares abiertos, no ofrece una explicación del porqué de este fenómeno. Por eso, aunque permite predecir cómo se comportan algunos de los elementos de nuestro Universo, no nos explica el por qué.

Por otra parte, como señala el divulgador Francisco Villatoro, MOND es “extremadamente difícil de falsar”. Esto implica que, si bien tenemos numerosísimos experimentos que han validado los modelos actuales en los que basamos nuestros conocimientos sobre la gravedad, realizar pruebas similares es difícil con este (relativamente) nuevo modelo. Lo único que resulta evidente es la necesidad de nuevas investigaciones al respecto.

Pero con muchas incógnitas por resolver. La extraña estructura de los cúmulos estelares abiertos es tan solo uno de los frentes abiertos de la astrofísica. Basta con hacer referencia al misterio que MOND trató de resolver hace casi 30 años: la presencia o no de materia oscura en las galaxias, que aún no ha sido resuelto.

Vinculado con este, podemos encontrarnos el que podría ser mayor misterio de la astrofísica contemporánea: la discrepancia en las estimaciones de la constante de Hubble, un misterio que lejos de estar resolviéndose parece acentuarse con el tiempo.

Harán falta años hasta que sepamos hasta qué punto MOND es una explicación válida para el comportamiento de ciertos objetos en el universo, si será un paso más en el hallazgo de una “nueva física”, o quizá un simple paso en falso. Mientras tanto seguimos recabando y analizando datos y comparando éstos con las predicciones hechas por los modelos teóricos. Un método de ensayo y error indispensable para ampliar nuestro conocimiento sobre nosotros mismos y todo lo que nos rodea.

Imagen | Pavel Kroupa, por Volker Lannert / Universidad de Bonn