El modelo estándar de cosmología describe cómo surgió el universo según la opinión de la mayoría de los físicos. Investigadores de la Universidad de Bonn ahora han estudiado la evolución de las galaxias dentro de este modelo, encontrando discrepancias considerables con las observaciones reales. La Universidad de St. Andrews en Escocia y la Universidad Charles en la República Checa también participaron en el estudio. Los resultados ahora se han publicado en el Astrophysical Journal.
La mayoría de las galaxias visibles desde la Tierra se asemejan a un disco plano con un centro engrosado. Por lo tanto, son similares al equipamiento deportivo de un lanzador de disco. Sin embargo, de acuerdo con el Modelo Estándar de Cosmología, tales discos deberían formarse bastante raramente. Esto se debe a que, en el modelo, cada galaxia está rodeada por un halo de materia oscura. Este halo es invisible, pero ejerce una fuerte atracción gravitacional sobre las galaxias cercanas debido a su masa. “Es por eso que seguimos viendo galaxias fusionándose entre sí en el universo modelo”, explica el Prof. Dr. Pavel Kroupa del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn.
Este choque tiene dos efectos, explica el físico: “Primero, las galaxias penetran en el proceso, destruyendo la forma del disco. Segundo, reduce el momento angular de la nueva galaxia creada por la fusión”. En pocas palabras, esto disminuye en gran medida su velocidad de rotación. El movimiento giratorio normalmente asegura que las fuerzas centrífugas que actúan durante este proceso provoquen la formación de un nuevo disco. Sin embargo, si el momento angular es demasiado pequeño, no se formará un nuevo disco.
Gran discrepancia entre la predicción y la realidad.
En el estudio actual, el estudiante de doctorado de Kroupa, Moritz Haslbauer, dirigió un grupo de investigación internacional para investigar la evolución del universo utilizando las últimas simulaciones de supercomputadoras. Los cálculos se basan en el Modelo Estándar de Cosmología; muestran qué galaxias deberían haberse formado hoy si esta teoría fuera correcta. Luego, los investigadores compararon sus resultados con lo que actualmente es probablemente la información de observación más precisa del Universo real visible desde la Tierra.
“Aquí encontramos una discrepancia significativa entre la predicción y la realidad”, dice Haslbauer: “Aparentemente, hay muchas más galaxias de disco plano de lo que puede explicar la teoría”. Sin embargo, la resolución de las simulaciones es limitada incluso en las supercomputadoras actuales. Por lo tanto, puede ser que se haya subestimado el número de galaxias de disco que se formarían en el modelo estándar de cosmología. “Sin embargo, incluso si tenemos en cuenta este efecto, sigue existiendo una grave diferencia entre la teoría y la observación que no se puede remediar”, señala Haslbauer.
La situación es diferente para una alternativa al Modelo Estándar, que prescinde de la materia oscura. De acuerdo con la llamada teoría MOND (el acrónimo significa “MilgrOmiaN Dynamics”, las galaxias no crecen fusionándose entre sí. En cambio, se forman a partir de nubes de gas en rotación que se condensan cada vez más. En un universo MOND, las galaxias también crecen absorbiendo gas de su entorno. Sin embargo, las fusiones de galaxias completamente desarrolladas son raras en MOND. “Nuestro grupo de investigación en Bonn y Praga ha desarrollado de manera única los métodos para hacer cálculos en esta teoría alternativa”, dice Kroupa, quien también es miembro de las Unidades de Investigación Transdisciplinaria “Modelado” y “Materia” de la Universidad de Bonn. “Las predicciones de MOND son consistentes con lo que realmente vemos”.
Desafío para el modelo estándar
Sin embargo, los mecanismos exactos del crecimiento de las galaxias aún no se conocen por completo, ni siquiera con MOND. Además, en MOND, las leyes de la gravedad de Newton no se aplican en determinadas circunstancias, sino que deben reemplazarse por las correctas. Esto tendría consecuencias de largo alcance para otras áreas de la física. “Sin embargo, la teoría MOND resuelve todos los problemas cosmológicos extragalácticos conocidos a pesar de haber sido formulada originalmente para abordar solo las galaxias”, dice el Dr. Indranil Banik, quien participó en esta investigación. “Nuestro estudio demuestra que los físicos jóvenes de hoy todavía tienen la oportunidad de hacer contribuciones significativas a la física fundamental”, agrega Kroupa.
