Re: Se confirma una predicción de la teoría MOND

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.

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:

Y aquí está la acción de la Teves:

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:

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.

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.