Las estrellas binarias anchas como sondas directas de la naturaleza de la gravedad a una aceleración baja, más débil que aproximadamente 1 nanómetro por segundo al cuadrado, han sido objeto de acalorados debates. La naturaleza de la gravedad a una aceleración tan baja es de suma importancia porque el concepto de materia oscura, la dinámica gravitacional de los sistemas astrofísicos, las teorías fundamentales de la física y la cosmología están inextricablemente entrelazadas con ella.
Por ejemplo, una desviación de la expectativa newtoniana a una aceleración tan baja requeriría una modificación o extensión de la relatividad general de Einstein a pesar de todos sus éxitos fuera del régimen de baja aceleración.
Dos estudios independientes recientes dirigidos por Kyu-Hyun Chae y Xavier Hernández afirman que las propiedades estadísticas de las estrellas binarias anchas basadas en la última base de datos Gaia de la Agencia Espacial Europea se desvían de la expectativa newtoniana de acuerdo con la predicción de las teorías de gravedad modificadas bajo el nuevo marco teórico llamado dinámica newtoniana modificada (MOND, a veces denominada dinámica milgromiana), introducida hace 40 años por Mordehai (Moti) Milgrom.
La ruptura de la gravedad newtoniana a baja aceleración significaría una revolución científica cuyas implicaciones totales son inconmensurablemente de largo alcance. Debido a esta importancia y considerando otras afirmaciones divergentes, Chae ha llevado a cabo un nuevo análisis para abordar todas las cuestiones planteadas hasta ahora, en particular los desafíos a la anomalía gravitacional específica de baja aceleración obtenida por él mismo.
Para ello, Chae ha considerado una gama completa de muestras, permitiendo varias fracciones de sistemas jerárquicos donde un binario tiene un binario interno anidado invisible, y ha aplicado varios métodos que cubren esencialmente todos los métodos publicados hasta ahora, incluido el método utilizado por algunos investigadores para argumentar en contra de la anomalía gravitacional.
El estudio fue publicado en The Astrophysical Journal el 9 de septiembre de 2024. «Hasta cierto punto, era mi obligación para con la comunidad científica llevar a cabo este nuevo trabajo. Tuve que aclarar las cuestiones y los desafíos planteados a mi conclusión reclamada y explicar las causas de las afirmaciones divergentes de otros», dice Chae.
Chae descubrió que todos los métodos con varias muestras dan resultados consistentes. La magnitud de la anomalía gravitacional identificada por primera vez el año pasado parece robusta.
Chae dice: «La anomalía gravitacional está claramente impresa en los datos. No se puede eliminar. Es un misterio para muchos científicos por qué la gravedad aumenta en un 40% aproximadamente cuando la aceleración interna entre el par de estrellas en órbita es más débil que aproximadamente 0,1 nanómetros por segundo al cuadrado. Sin embargo, la presencia y el grado de la anomalía gravitacional fueron, de hecho, predichos por la dinámica MOND o Milgromian».
Al igual que la ley de gravitación universal de Newton y la relatividad general de Einstein, MOND satisface la universalidad de la caída libre (también conocida como el principio de equivalencia débil) que se sabe que fue sugerido por primera vez por Galileo Galilei a través de experimentos en la torre inclinada de Pisa.
Newton y Einstein van un paso más allá y adoptan (consciente o inconscientemente) el principio de equivalencia fuerte por el cual la dinámica interna de un sistema gravitacional que cae libremente bajo un campo externo casi constante no se ve afectada por el campo externo. En cambio, MOND no postula el principio de equivalencia fuerte y considera posibilidades teóricas libres de él.
Así, mientras que se espera que las binarias amplias que caen libremente bajo el campo externo de la Vía Láctea obedezcan las leyes de Kepler según las teorías de Newton y Einstein, MOND predice que el movimiento interno de la binaria amplia se desvía de la predicción de Newton-Einstein en el grado dictado por la intensidad del campo externo de la Vía Láctea de unos 0,2 nanómetros por segundo al cuadrado. Eso es alrededor del 40% según las mediciones del nuevo estudio, de acuerdo con los resultados anteriores.
Si bien estos resultados consistentes son sorprendentes, se necesitan reproducciones y confirmaciones ilimitadas para que la anomalía gravitacional reportada se convierta en un hecho científico verdadero. Además, la anomalía gravitacional reportada tendrá que caracterizarse mejor continuamente para proporcionar restricciones útiles a las teorías.
Los ojos de los investigadores están puestos en nuevos datos y mejores metodologías para ese propósito. En particular, los resultados de las investigaciones existentes se obtuvieron únicamente con las velocidades transversales de las estrellas proyectadas en el cielo, porque los componentes de la velocidad en la línea de visión aún no se han medido con precisión. Los investigadores, incluido Chae, están considerando nuevas mediciones de las velocidades de las estrellas en la línea de visión.
El otro estudio, con Hernández como autor principal, fue publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Con información de The Astrophysical Journal
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