Se confirma una predicción de la teoría MOND

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Este debate contiene 4 respuestas, tiene 2 mensajes y lo actualizó  zero1 hace 5 años, 9 meses.

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  • #28194

    zero1
    Participant

    Recientes datos de galaxias ricas en gas encajan con gran precisión con una teoría modificada de la gravedad conocida como MOND (MOdified Newtonian Dynamics), de acuerdo con un nuevo análisis del Profesor de Astronomía de la Universidad de Maryland, Stacy McGaugh. Ésta – la última de varias predicciones de MOND que han tenido éxito – genera nuevas preguntas sobre la precisión del modelo cosmológico predominante del universo, escribe McGaugh en un artículo que se publica en marzo en la revista Physical Review Letters.

    galaxia-espiral-barrada-ngc-1300.jpg

    La cosmología moderna dice que para que el universo se comporte como lo hace, la masa-energía del mismo debe estar dominada por la materia oscura y la energía oscura. Sin embargo, no hay pruebas directas de la existencia de estos componentes invisibles. Una posibilidad alternativa, aunque impopular, es que la teoría de la gravedad actual no es suficiente para describir la dinámica de los sistemas cósmicos.

    Se han propuesto algunas teorías que modificarían nuestra comprensión de la gravedad. Una de ellas es la Dinámica Newtoniana Modificada (MOND), que se teorizó en 1983 por parte de Mori Milgrom del Instituto Weizmann de Ciencia en Rehovot, Israel. Una de las predicciones de MOND especifica la relación entra la masa de cualquier galaxia y su velocidad de rotación plana. Sin embargo, las incertidumbres en la estimación de la masa de las estrellas en galaxias espirales dominadas por las estrellas (como la Vía Láctea) anteriormente habían impedido una prueba definitiva.

    Para evitar este problema, McGaugh examinó galaxias ricas en gas, que tiene relativamente pocas estrellas y una preponderancia de masa en forma de gas interestelar. “Comprendemos la física de la absorción y liberación de energía por los átomos que componen el gas interestelar, de tal forma que contar fotones es como contar átomos. Esto nos da una estimación precisa de la masa de tales galaxias”, comenta McGaugh.

    Usando un trabajo recientemente publicado que realizaron él y otros científicos para determinar tanto la masa como la velocidad de rotación plana de muchas galaxias ricas en gas, McGaugh recopiló una muestra de 47 de las mismas, y comparó la masa y velocidad de rotación de cada galaxia con la relación esperada por MOND. Las 47 galaxias estuvieron muy cerca de las predicciones de MOND. Ningún modelo de materia oscura tuvo tanto éxito.

    “Encuentro notable que la predicción hecha por Milgrom hace un cuarto de siglo funcione tan bien al encajar con los hallazgos de estas galaxias ricas en gas”, señala McGaugh.

    MOND contra Materia oscura – Energía oscura

    Casi todo el mundo está de acuerdo en que a escalas de grandes cúmulos galácticos y por encima de eso, el universo se describe bien mediante la teoría de la materia oscura – energía oscura. Sin embargo, de acuerdo con McGaugh, esta cosmología no tiene en cuenta bien lo que sucede a la escala galáctica y menor.

    “MOND es justo lo contrario”, dice. “Funciona bien para la escala ‘pequeña’ de galaxias individuales, pero no te dice mucho sobre el universo.

    Por supuesto, dice McGaugh, se puede empezar por la suposición de la materia oscura y ajustar su modelo para escalas menores hasta que encaje con los actuales hallazgos. “Esto no es tan impresionante como hacer una predicción antes de los nuevos hallazgos, especialmente dado que no podemos ver la materia oscura. Podemos hacer cualquier ajuste que se necesite”. Esto se parece más a intentar encajar la órbita de los planetas con epiciclos”, comenta. Los epiciclos se usaron erróneamente por parte del antiguo científico griego Ptolomeo para explicar los movimientos planetarios observador dentro del contexto de una teoría del universo que colocaba a la Tierra en su centro.

    “Si la materia oscura fuese cierta, ¿por qué funciona MOND? Se pregunta McGaugh. “Finalmente, la teoría correcta – ya sea la materia oscura o una modificación de la gravedad – tiene que explicar esto”.

    fuente

    La publicacón en pdf:

    http://www.astro.umd.edu/~ssm/papers/PhysRevLett_2011_inpress.pdf

  • #31086

    Elio Campitelli
    Keymaster

    Sí, igual yo leí sobre el tema y MOND explica muchísimo menos que la materia obscura, especialmente en cuanto a la distribución de las galaxias, y puede ser detectada mediante el efecto de lente gravitacional. Habrá que ver en qué queda, pero es mi impresión que MOND es una posición muy minoritaria entre los cosmólogos.

    Esto es una firma

  • #31087

    zero1
    Participant

    Es cierto, si bien la teoría MOND es más simple y su punto fuerte es su gran éxito al explicar y predecir las velocidades orbitales de las galaxias, tiene algunos problemas (serios) con hechos probados. MOND no explica ese problema que nombraste del sistema de lentes gravitatorias del cúmulo Bullet -salvo que se presuponga que el neutrino tenga una masa mayor de la que se le supone actualmente-. Sin embargo, MOND tiene a favor la falsabilidad, ya que si se detectan WIMPs o MACHOS, o si mediante una observación se contradijera una predicción sólida de MOND (por ej. si MOND predijera que hubiera menos materia en los cúmulos de lo que realmente viesen los astrónomos) esta teoría se volvería obsoleta. Hoy es más generalmente aceptada la idea de materia/energía oscura, pero algunos están volviendo a mirar a la MOND. El tiempo dirá cuál es la correcta… veremos que pasa si en los próximos años se detecta materia oscura.

  • #31088

    Elio Campitelli
    Keymaster

    Ethan Siegel del blog Starts with a bang tiene un post sobre esta noticia. Dice algo muy parecido a lo mío :P: Good ideas, Bad ideas, MOND, and Dark Matter

    Esto es una firma

  • #31089

    zero1
    Participant

    Me respondo a mí mismo con la traducción de la nota que escribió el cosmólogo especializado en materia oscura Sean Carroll del Caltech en el blog Cosmic Variance de Discover.

    Quote:

    Materia Oscura: Bien, gracias.

    por Sean

    Los caranchos de la astrofísica de todo el mundo se emocionaron esta semana, ¿y por qué no? Si estos son algunos de los titulares que leemos:

    Hallazgos plantean nuevas preguntas sobre la materia oscura (RedOrbit)

    La Teoría de la Materia Oscura cuestionada por el resultado de las galaxias gaseosas (BBC)

    ¿Más pruebas contra la materia oscura? (Science Now)

    Wow.¿Más evidencia en contra de la materia oscura? Yo no sabía sobre la evidencia original.

    Lamentablemente no hay evidencia en contra de la materia oscura aquí. Estos artículos fueron iniciados por un paper y un comunicado de prensa del astrónomo de Maryland Stacy McGaugh, con títulos algo más modestos “Una nueva prueba de la Dinámica Newtoniana Modificada con galaxias ricas en gas” y “Galaxias ricas en gas confirman una predicción de la teoría de la gravedad modificada” respectivamente.

    Soy la primera persona en defender a los periodistas frente a los ataques injustos, y todos sabemos que los titulares no suelen ser escritos por las mismas personas que escriben los artículos. Pero legítimamente podemos señalar con el dedo a un sistema viciado en funcionamiento: estos artículos son un ejemplo pequeño pero muy claro de lo que está mal, mal, mal en nuestro actual modelo de información al público sobre la ciencia.

    El nuevo paper de McGaugh no da ninguna evidencia en absoluto en contra de la materia oscura. Lo que hace es afirmar que una teoría alternativa – MOND , que sustituye a la materia oscura con una modificación de la dinámica newtoniana – proporciona un buen ajuste a una determinada clase de galaxias ricas en gas. ¡Eso es un resultado interesante! Pero no el resultado que los titulares nos hacen creer.

    Es obvio lo que pasa aquí. Nadie leería un artículo titulado “Las galaxias ricas en gas confirman una predicción de la teoría de la gravedad modificada” – o por lo menos la mayoría de los editores, sin duda, sienten que menos gente estaría interesada en ello, que en evidencia que fuera directamente en contra de la materia oscura. Así que vamos a condimentar la historia un poco, resaltando las conclusiones de la manera más dramática posible y enterrar las advertencias hasta el fondo. Resultado neto: unas cuantas personas más leen los artículos, mientras que mucha más gente que acaba de leer los titulares se quedan con menos comprensión de la cosmología moderna que con la que empezamos. Los científicos y periodistas tienen la responsabilidad de hacer un mejor trabajo al poner las cosas claras, no solamente hacerlas sonar excitantes.

    Pero quiero aprovechar esta oportunidad para exponer los problemas con MOND. Es una idea muy inteligente, para empezar. En las galaxias, la materia oscura parece ser importante sólo cuando la fuerza de la gravedad no es muy fuerte. Así que tal vez famosa ley de Newton del inverso del cuadrado (la que nos dice cómo la fuerza de gravedad decae en función de la distancia) debe ser modificada cuando la gravedad es muy débil. Milagrosamente, esta simple idea hace un trabajo realmente bueno al computar la dinámica de las galaxias, incluyendo – como este nuevo resultado confirma – tipos de galaxias que todavía no habían sido observadas en 1983, año en que Mordehai Milgrom propuso la idea. Sea o no MOND “verdadera” como un sustituto de la materia oscura, debe poder explicar con éxito fenomenológico las características de las galaxias.

    Este es un punto importante, porque MOND no es cierta. Eso no es una afirmación absoluta y entre sus otras deficiencias, MOND no está del todo bien definida, por lo que hay gran flexibilidad donde ajustar una variedad de observaciones diferentes. Pero para la gran mayoría de los cosmólogos, ya ha pasado hace tiempo el punto en que MOND debe ser abandonada como un reemplazo fundamental de la materia oscura – lo que era una buena idea no funcionó. A veces pasa. Eso no quiere decir que la gravedad no es modificada de alguna manera en la cosmología – siempre pueden existir efectos muy sutiles que aún no se han descubierto, y eso es una posibilidad que bien vale la pena considerar. Pero la materia oscura es real, cualquier modificación está por encima de la misma, no en lugar de ella.

    Echemos un vistazo a los registros:

    * MOND es fea. En realidad, eso es muy generoso. Más exactamente, MOND no es una teoría, es sólo una regla fenomenológica que se supone que se aplica en un régimen limitado. La pregunta es ¿cuál es la teoría más general? Jacob Bekenstein, en una heroico arranque de teorización, se acercó con su teoría Tensor-vector escalar (Teves), que reduce a MOND a los límites adecuados.

    Aquí está la acción de Eintein-Hilbert para la relatividad general:

    gr.jpg

    Y aquí está la acción de la Teves:

    teves.jpg

    No te preocupes por lo que significa, el punto es que la teoría subyacente en MOND en realidad no es simple en absoluto, es una concatenación de campos aleatorios que interactúan en formas muy específicas, pero aparentemente arbitraria. Eso no quiere decir que no es cierto, pero la teoría sin duda no gana ningún punto por la elegancia.

    * MOND no ajusta a los cúmulos. Hace mucho tiempo, las curvas de rotación de las galaxias fueron la evidencia más fuerte a favor de la materia oscura. Hace mucho tiempo. Sabemos más ahora, y una teoría madura tiene mucho más aros que saltar. Lo bueno de MOND es que, a pesar de la fealdad, cuando te pones a hacer predicciones para grandes objetos astrofísicos, realmente no hay mucho espacio donde moverse: se ajusta a los datos o no. Funciona con las galaxias, pero cuando se trata de cúmulos, no lo hace. Ni de cerca. Los defensores de la MOND entienden esto, por supuesto, y llegaron con una solución inteligente. Se llama “materia oscura”. Sí, es cierto, incluso los mayores partidarios de la MOND admiten que se necesita la materia oscura para explicar las galaxias. Volvamos a destacarlo que para aquellos que encuentran todo este texto aburrido:

    Incluso con MOND, aún se necesita la materia oscura.

    Algunas personas tratan de afirmar que la materia oscura necesaria podrían ser neutrinos en vez de una partícula nueva, y eso se supone que es moralmente superior de alguna manera. Pero no hay manera de evitar la conclusión de que la materia oscura es real.

    * MOND ni siquiera encaja en todas las galaxias. Durante casi veinte años hemos sabido que MOND no sirve para un determinado tipo de galaxias conocidas como “esferoidales enanas”. Estas son pequeñas (de ahí el nombre) y difícil de observar, por lo que han MONDianos llegaron con varios esquemas para explicar esas galaxias en particular. Que incluso podrían estar bien – nadie dijo que el ajuste de los datos siempre sería fácil, incluso con la teoría correcta.

    * La gravedad no siempre apunta en la dirección que donde está la materia ordinaria. Esta es la lección del famoso Cúmulo Bala (y observaciones relacionadas ). La evidencia del lente gravitatorio es absolutamente inequívoca: para ajustar los datos, se tiene que hacer algo mejor que simplemente modificar la fuerza de la gravedad newtoniana. Una vez más, la gente trata de zafarse de esto con Teves y otros enfoques MONDianos. Sin embargo, la forma en que lo están pensando es que otros campos tienen energía, que deforma el espacio-tiempo y por lo tanto, al campo gravitatorio. Tenemos una frase útil para describir nuevos campos cuya energía deforma al espacio-tiempo: la “materia oscura“. Las teorías como la MOND no sustituyen a la materia oscura, sino que lo hacen todo más complicado.

    * MOND no encaja en el fondo cósmico de microondas. Me guardo mi favorito para el final. Una de las mejores cosas acerca de las anisotropías de la temperatura en el fondo cósmico de microondas es que son sensibles a la existencia de materia oscura. En los inicios del universo, la materia oscura sólo colapsa bajo el tirón de la gravedad, mientras que la materia ordinaria también siente presión, y por lo tanto oscila. Como resultado, los dos componentes están fuera de fase en los picos con números pares en el espectro del CMB. O sea: la materia oscura levanta el primer pico y el tercero en el gráfico siguiente, mientras que suprime el segundo pico y el cuarto. Eso sería muy difícil de imitar en una teoría sin la materia oscura, de hecho, esto fue predicho antes de que el tercer pico se midiera con precisión.

    tevescmb.jpg

    La línea de puntos corresponde a la teoría con materia oscura, que encaja con todos los datos. La línea continua es la MOND (en realidad Teves), la predicción es definitivamente incompatible con los datos. ¿Puede algún teórico inteligente ajustarla para que haya una versión MOND que realmente se adapte? Probablemente. O podríamos simplemente aceptar lo que los datos nos están diciendo.

    Dicho todo esto, me alegro de que algunas personas siguen pensando en los enfoques MOND. Todavía se pueden aprender cosas interesantes acerca de las galaxias, incluso si no estamos descubriendo una nueva ley de la naturaleza. Y la materia oscura, para ser honesto, no se ha establecido con el 100% de certeza, es más bien como 99.9% de certeza, y nunca se sabe.

    Lo que es menos admirable es la gente (sobre todo fuera de la comunidad profesional, pero no todos) que se cuelgan de una teoría porque quieren creer, no importa lo que la nueva información presente. Personalmente, pienso que sería mucho más frío si la gravedad fuese modificada, comparado con la idea de que hay una nueva partícula tonta por ahí. Puse algún pensamiento en prospecto, lo que condujo a algunas ideas de investigación productivas. Pero en última instancia, al universo no le importa lo que yo prefiero. La materia oscura es real – la gravedad también puede ser modificada, pero no hay duda razonable sobre la materia oscura. Así que vamos a tratar de averiguarlo.

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