Tanto para las leyes revolucionarias de Newton que describen su efecto universal, como para las teorías de Einstein que ven la gravedad como una distorsión de la estructura del espacio-tiempo, creen que la gravedad existe sólo en función de la masa y que sin masa no puede existir fuerza de gravedad. .
Ahora, un nuevo e innovador estudio sugiere que la gravedad puede existir sin masa, eliminando convenientemente la necesidad de una de las sustancias más esquivas de nuestro Universo que, hasta ahora, ha sido un problema: la materia oscura.
La materia oscura es una hipotética masa invisible que se cree que constituye el 85% de la masa total del Universo. Originalmente ideado para explicar la rigidez de las galaxias bajo rotación de alta velocidad, aún no se ha observado directamente, lo que ha llevado a los físicos a proponer todo tipo de ideas extravagantes para evitar invocar este esquivo material como una forma de tapar agujeros en las teorías actuales.
La última propuesta en este sentido proviene del astrofísico Richard Lieu de la Universidad de Alabama en Huntsville, quien sugirió que en lugar de materia oscura que une galaxias y otros cuerpos, el Universo podría contener capas delgadas en forma de capas de “defectos topológicos” que dan lugar a la gravedad sin ninguna masa subyacente.
Lieu comenzó intentando encontrar otra solución a las ecuaciones de campo de Einstein, que relacionan la curvatura del espacio-tiempo con la presencia de materia en su interior.
Como lo describió Einstein en su teoría de la relatividad general de 1915, el espacio-tiempo se curva alrededor de haces de materia y corrientes de radiación en el Universo, dependiendo de su energía y momento. La energía, por supuesto, está relacionada con la masa en la famosa ecuación de Einstein: E=mc2.
Entonces, la masa de un objeto está ligada a su energía, lo que curva el espacio-tiempo, y esta curvatura del espacio-tiempo es lo que Einstein describió como gravedad, una nota más sofisticada que la aproximación de Newton del siglo XVII, que veía la gravedad como una fuerza entre dos objetos. con masa. En otras palabras, la gravedad parece indisolublemente ligada a la masa.
Este no es el caso, según Lieu.
En su trabajo, Lieu intentó resolver una versión simplificada de las ecuaciones de campo de Einstein que permiten una fuerza gravitacional finita en ausencia de masa detectable. Dice que sus esfuerzos fueron “impulsados 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”.
La solución de Lieu consiste en defectos topológicos en forma de concha que podrían ocurrir en regiones muy compactas del espacio con una densidad de materia muy alta.
Estos conjuntos de capas concéntricas contienen una fina capa de masa positiva dentro de una capa exterior de masa negativa. Las dos masas se cancelan entre sí, por lo que la masa total de las dos capas es exactamente cero. Pero cuando una estrella se asienta sobre esta capa, experimenta una gran fuerza gravitacional que la atrae hacia el centro de la capa.
“La tesis de mi artículo es que al menos las conchas que plantea la hipótesis no tienen masa”, dice Lieu. Si estas controvertidas sugerencias tienen algún peso, “ya no hay necesidad de perpetuar esta búsqueda aparentemente interminable de materia oscura”, añade Lieu.
La siguiente pregunta, entonces, es cómo confirmar o refutar los proyectiles propuestos por Lieu mediante observaciones.
“La creciente frecuencia de avistamientos de formaciones de anillos y capas de galaxias en el Universo proporciona evidencia del tipo de fuente propuesta aquí”, escribe Lieu en su artículo. Aunque admite que la solución propuesta es “muy sugerente” y no puede por sí sola desacreditar la hipótesis de la materia oscura.
“A lo sumo podría ser un ejercicio matemático interesante”, concluye Lieu. “Pero es la primera prueba [matematica] que la gravedad puede existir sin masa.”
El estudio fue publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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