Nuevo giro en la rotación de galaxias salva la controvertida teoría de la gravedad


Un grupo internacional de astrónomos, dirigido por un físico de la Universidad de St Andrews, ha revivido una teoría alternativa de la gravedad.

Dirigido por el Dr. Indranil Banik de la Escuela de Física y Astronomía de St Andrews, el estudio reveló una alta velocidad de rotación prevista del gas en una galaxia enana consistente con la teoría previamente desacreditada conocida como Milgromian Dynamics (MOND).

Imagen de radio del gas de hidrógeno neutro en la galaxia AGC 114905. Su inclinación se estima a partir de la elipse negra, que se ajusta mejor a los datos. Asumiendo que la galaxia es circular cuando se ve de frente, esto implica una inclinación moderada de 32°. Sin embargo, el nuevo estudio sugiere que la elipse azul para una inclinación muy baja podría ser correcta, salvando así la teoría MOND, si la galaxia es intrínsecamente algo no circular. Los autores muestran que esto es posible utilizando una simulación MOND dedicada. Crédito: Mancera Piña et al.

Un estudio anterior de la velocidad de rotación del gas en la galaxia enana AGC 114905 (Mancera Pina et al, 2022) encontró que el gas giraba muy lentamente y afirmó que la teoría MOND estaba muerta.

Tales teorías son esenciales para comprender nuestro universo porque, según la física conocida, las galaxias giran tan rápido que deberían separarse. MOND, una alternativa controvertida a la Relatividad General, la comprensión predominante inspirada por Einstein del fenómeno de la gravedad que requiere materia oscura para mantener unidas a las galaxias; no requiere materia oscura. Como la materia oscura nunca se ha detectado a pesar de décadas de búsquedas muy sensibles, se han presentado varias teorías para explicar qué mantiene unidas a las galaxias, y se debate sobre cuál es la correcta. La velocidad de rotación muy baja reportada en el estudio de Mancera Pina et al es inconsistente con las predicciones en un universo regido por la Relatividad General con grandes cantidades de materia oscura.

El grupo del Dr. Banik argumenta que la alta velocidad de rotación predicha en la teoría de la gravedad MOND es consistente con las observaciones si se sobreestima la inclinación de la galaxia.

La rotación de estrellas y gas en galaxias distantes no se puede medir directamente. Solo el componente a lo largo de la línea de visión se conoce a partir de mediciones espectroscópicas precisas. Si la galaxia se ve casi de frente, entonces giraría principalmente dentro del plano del cielo. Esto podría inducir a error a los observadores haciéndoles pensar que la galaxia en realidad gira muy lentamente, lo que les obligaría a sobrestimar la inclinación entre el disco y los planos del cielo. Esta inclinación se estimó a partir de cuán elíptica parece la galaxia (ver imagen).

El nuevo estudio exploró este tema crucial utilizando simulaciones MOND detalladas de una galaxia de disco similar a AGC 114905 realizadas en la Universidad de Bonn por Srikanth Nagesh e instigadas por Pavel Kroupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Charles de Praga. Las simulaciones muestran que puede parecer algo elíptico incluso cuando se ve de frente. Esto se debe a que las estrellas y el gas en la galaxia tienen gravedad y pueden adoptar una forma algo no circular. Un proceso similar causa los brazos espirales en las galaxias de disco, características que son tan comunes que a menudo se les llama galaxias espirales.

Como resultado, la galaxia podría estar mucho más cerca de lo que pensaban los observadores. Esto podría significar que la galaxia está girando mucho más rápido de lo informado, eliminando la tensión con MOND.

El Dr. Banik, autor principal del nuevo estudio, dijo: «Nuestras simulaciones muestran que la inclinación de AGC 114905 podría ser significativamente menor que la informada, lo que significaría que la galaxia en realidad está girando mucho más rápido de lo que la gente piensa, en línea con las expectativas de MOND. «

El Dr. Hongsheng Zhao, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de St. Andrews, dijo: «La bajísima velocidad de rotación reportada de esta galaxia es inconsistente tanto con MOND como con el enfoque estándar con la materia oscura. Pero solo MOND es capaz de evitar esta aparente contradicción».

El nuevo estudio también argumenta que es poco probable que surja un efecto similar de «inclinación falsa» en el enfoque estándar de materia oscura porque la galaxia está dominada por el halo de materia oscura uniforme. Las estrellas y el gas contribuyen poco a la gravedad, por lo que el disco no «autogravita».

Esto significa que es probable que parezca muy circular si se ve de frente, como lo confirman las simulaciones realizadas por otro grupo (Sellwood & Sanders, 2022). Como resultado, la elipticidad observada debe deberse a una inclinación significativa entre el disco y los planos del cielo. La velocidad de rotación sería entonces muy pequeña, lo que implica que la galaxia tiene muy poca materia oscura. No es posible en este marco que una galaxia enana aislada tenga una cantidad tan pequeña de materia oscura dada la cantidad de masa que tiene en estrellas y gas.

Pavel Kroupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Charles de Praga, dijo sobre el contexto más amplio de estos resultados: «Si bien MOND funciona bien en las pruebas realizadas hasta ahora, el enfoque estándar causa problemas muy graves en todas las escalas, desde galaxias enanas como AGC 114905 hasta escalas cosmológicas, como lo encontraron muchos equipos independientes».

El artículo «Inclinaciones sobreestimadas de las galaxias del disco milgromiano: el caso de la galaxia ultradifusa AGC 114905» se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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