Simulada la formación de galaxias sin materia oscura

Por primera vez, investigadores de las Universidades de Bonn y Estrasburgo han simulado la formación de galaxias en un universo sin materia oscura. Para replicar este proceso en el ordenador, han modificado las leyes de la gravedad de Newton. Las galaxias que fueron creadas en los cálculos de la computadora son similares a las que vemos hoy en día. Según los científicos, sus suposiciones podrían resolver muchos misterios de la cosmología moderna. Los resultados se publicaron en la revista Astrophysical Journal.

Los cosmólogos asumen hoy en día que la materia no se distribuyó de manera completamente uniforme después del Big Bang. Los lugares más densos atrajeron más y más materia de su entorno debido a sus fuerzas gravitacionales más fuertes. En el transcurso de varios miles de millones de años, estas acumulaciones de gas acabaron formando las galaxias que vemos actualmente.

Un ingrediente importante de esta teoría es la llamada materia oscura. Por un lado, se dice que es responsable de la distribución desigual inicial que llevó a la aglomeración de las nubes de gas. También explica algunas observaciones desconcertantes. Por ejemplo, las estrellas en las galaxias en rotación a menudo se mueven tan rápido que en realidad deberían acabar siendo expulsadas. Pero parece que hay una fuente adicional de gravedad en las galaxias que impide esto y que no puede ser vista con telescopios: la materia oscura.

¿Es realmente necesaria la existencia de materia oscura?

Sin embargo, todavía no hay pruebas directas de su existencia. "Tal vez las fuerzas gravitacionales en sí mismas simplemente se comportan de manera diferente a lo que se pensaba anteriormente", explica el Prof. Dr. Pavel Kroupa del Instituto Helmholtz de Física Nuclear y de Radiación de la Universidad de Bonn y del Instituto Astronómico de la Universidad Carolina de Praga. Esta teoría lleva la abreviatura MOND (MOdified Newtonian Dynamics); fue descubierta por el físico israelí Prof. Dr. Mordehai Milgrom. Según la teoría, la atracción entre dos masas obedece a las leyes de Newton solo hasta cierto punto. Bajo aceleraciones muy bajas, como es el caso de las galaxias, se hace considerablemente más fuerte. Por eso las galaxias no se separan como resultado de su velocidad de rotación.

"En cooperación con el Dr. Benoit Famaey en Estrasburgo, hemos simulado por primera vez si las galaxias se formarían en un universo MOND y, en caso afirmativo, cuáles", dice el estudiante de doctorado de Kroupa, Nils Wittenburg. Para ello se utilizó un programa de computación para cálculos gravitacionales complejos que fue desarrollado en el grupo de Kroupa. Porque con el MOND, la atracción de un cuerpo depende no solo de su propia masa, sino también de si hay otros objetos en sus alrededores.

Los científicos utilizaron entonces este software para simular la formación de estrellas y galaxias, a partir de una nube de gas varios cientos de miles de años después del Big Bang. "En muchos aspectos, nuestros resultados son notablemente cercanos a lo que realmente observamos con los telescopios", explica Kroupa. Por ejemplo, la distribución y la velocidad de las estrellas en las galaxias generadas por computadora siguen el mismo patrón que se puede ver en el cielo nocturno. "Además, nuestra simulación dio como resultado principalmente la formación de galaxias de disco giratorio como la Vía Láctea y casi todas las demás grandes galaxias que conocemos", dice el científico. "Las simulaciones de materia oscura, por otro lado, predominantemente crean galaxias sin discos de materia distintivos, una discrepancia con las observaciones que es difícil de explicar".

1.500 millones de años después del comienzo de la simulación. Cuanto más claro sea el color, mayor será la densidad del gas. Los puntos azul claro muestran estrellas jóvenes. (Foto: © AG Kroupa/Uni Bonn)

Los cálculos basados en la existencia de materia oscura también son muy sensibles a los cambios en ciertos parámetros, como la frecuencia de las supernovas y su efecto en la distribución de la materia en las galaxias. Sin embargo, en la simulación del MOND, estos factores apenas tuvieron importancia.

Sin embargo, los resultados recientemente publicados de Bonn, Praga y Estrasburgo no se corresponden con la realidad en todos los puntos. "Nuestra simulación es solo un primer paso", enfatiza Kroupa. Por ejemplo, los científicos hasta ahora solo han hecho suposiciones muy simples sobre la distribución original de la materia y las condiciones en el universo joven. "Ahora tenemos que repetir los cálculos e incluir factores de influencia más complejos. Entonces veremos si la teoría del MOND realmente explica la realidad". (Fuente: NCYT Amazings)