Puede existir gravedad sin masa, restando necesidad de materia oscura

Un astrofísico ha descrito, por primera vez, cómo puede existir la gravedad sin masa, lo que proporciona una teoría alternativa que podría mitigar potencialmente la necesidad de la materia oscura.

La materia oscura es una forma hipotética de materia que se desprende de los efectos gravitacionales que no pueden explicarse mediante la relatividad general a menos que haya más materia presente en el universo de la que se puede ver. Sigue siendo prácticamente tan misteriosa como lo fue hace casi un siglo, cuando el astrónomo holandés Jan Oort la sugirió por primera vez en 1932 para explicar la llamada "masa faltante" necesaria para que cosas como las galaxias se aglomeren.

"Mi propia inspiración surgió de mi búsqueda de otra solución a las ecuaciones del campo gravitatorio de la relatividad general (cuya versión simplificada, aplicable a las condiciones de las galaxias y los cúmulos de galaxias, se conoce como ecuación de Poisson), que da una fuerza gravitatoria finita en ausencia de cualquier masa detectable", dice en un comunicado el profesor Richard Lieu de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), autor de la nueva investigación, que se ha publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

"Esta iniciativa está impulsada a su vez por mi frustración con el status quo, es decir, la noción de la existencia de materia oscura a pesar de la falta de evidencia directa durante todo un siglo".

El investigador sostiene que el "exceso" de gravedad necesario para mantener unidas a una galaxia o un cúmulo podría deberse en cambio a conjuntos concéntricos de defectos topológicos similares a capas en estructuras que se encuentran comúnmente en todo el cosmos y que probablemente se crearon durante el universo primitivo cuando se produjo una transición de fase. Una transición de fase cosmológica es un proceso físico en el que el estado general de la materia cambia en conjunto en todo el universo.

"Actualmente no está claro qué forma precisa de transición de fase en el universo podría dar lugar a defectos topológicos de este tipo", dice Lieu.

"Los efectos topológicos son regiones muy compactas del espacio con una densidad de materia muy alta, normalmente en forma de estructuras lineales conocidas como cuerdas cósmicas, aunque también son posibles estructuras 2D como capas esféricas.

"Las capas de mi artículo constan de una fina capa interior de masa positiva y una fina capa exterior de masa negativa; La masa total de ambas capas (que es todo lo que se puede medir en términos de masa) es exactamente cero, pero cuando una estrella se encuentra sobre esta capa, experimenta una gran fuerza gravitatoria que la atrae hacia el centro de la capa.

Como la fuerza gravitatoria implica fundamentalmente la deformación del propio espacio-tiempo, permite que todos los objetos interactúen entre sí, tengan masa o no. Se ha confirmado, por ejemplo, que los fotones sin masa experimentan efectos gravitatorios de los objetos astronómicos.

"La curvatura gravitatoria de la luz por un conjunto de capas singulares concéntricas que componen una galaxia o un cúmulo se debe a que un rayo de luz se desvía ligeramente hacia el interior (es decir, hacia el centro de la estructura a gran escala, o el conjunto de capas) al pasar a través de una capa", señala Lieu.

"El efecto total del paso a través de muchas capas es una deflexión total finita y medible que imita la presencia de una gran cantidad de materia oscura de forma muy similar a la velocidad de las órbitas estelares.

"Tanto la desviación de la luz como las velocidades orbitales estelares son los únicos medios por los cuales se puede medir la fuerza del campo gravitatorio en una estructura a gran escala, ya sea una galaxia o un cúmulo de galaxias. La afirmación de mi artículo es que al menos las capas que postula no tienen masa. Por lo tanto, no hay necesidad de perpetuar esta búsqueda aparentemente interminable de materia oscura".

Las preguntas para futuras investigaciones probablemente se centrarán en cómo se forma una galaxia o un cúmulo mediante la alineación de estas capas, así como en cómo se produce la evolución de las estructuras.

"Este artículo no intenta abordar el problema de la formación de estructuras. Un punto polémico es si las capas eran inicialmente planas o incluso cuerdas rectas, pero el momento angular las enrolla. También está la cuestión de cómo confirmar o refutar las capas propuestas mediante observaciones específicas. Por supuesto, la disponibilidad de una segunda solución, incluso si es muy sugerente, no es por sí sola suficiente para desacreditar la hipótesis de la materia oscura; podría ser un ejercicio matemático interesante en el mejor de los casos", concluye Lieu.

"Pero es la primera prueba de que la gravedad puede existir sin masa".