El fenómeno espacial que desafía la idea de gravedad propuesta por Newton y Einstein

El investigador Kyu-Hyun Chae, catedrático de Física y Astronomía de la Universidad Sejong, en Corea del Sur, ha descubierto un agujero en el modelo que empleamos actualmente para entender la gravedad. Su último estudio muestra un comportamiento anómalo en las estrellas binarias que no solo pone en entredicho nuestro conocimiento sobre el universo, sino que también abre la puerta a una teoría alternativa de la física que no dependa de la existencia de la misteriosa materia oscura.

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Las leyes de Newton y la teoría de la relatividad general de Einstein son las bases de lo que entendemos actualmente como gravedad. Sin embargo, su validez, se pone en duda cuando esta fuerza muestra su influencia en objetos que se encuentran alejados de nuestro sistema solar.

Chae afirma que su estudio, publicado recientemente en la revista The Astrophysical Journal, ofrece pruebas concluyentes de que cuando las estrellas binarias —dos estrellas que orbitan mutuamente alrededor de un centro común— tienen aceleraciones inferiores a aproximadamente un nanómetro por segundo al cuadrado, empiezan a desviarse de lo que propugna la ley universal de la gravitación de Newton y de la relatividad general de Einstein. El investigador asegura que esta aceleración es entre un 30 y un 40% mayor que en las predicciones del modelo gravitacional estándar.

"Desde el principio me pareció claro que la gravedad podía comprobarse de forma más directa y eficaz calculando aceleraciones, porque el propio campo gravitatorio es una aceleración”, explica el investigador en una nota de prensa compartida por la universidad coreana.

La clave está en las binarias anchas

Para su estudio, Chae analizó los datos de cerca de 26.500 binarias anchas obtenidos por el observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea e incluidos en la base de datos Gaia DR. Las binarias anchas son estrellas que tienen órbitas muy alargadas que las mantienen separadas y con muy poco impacto entre ellas.

La gravedad de este tipo de sistemas ha sido ya estudiada en el pasado, pero el nuevo trabajo de Chae ha ido un paso más allá al desarrollar un nuevo código capaz ampliar el análisis a otros datos, como la tasa de aparición de las llamadas binarias anidadas, estrellas que orbitan libremente, pero que también tienen compañeras estelares cercanas.

"Cuando empezaron a aparecer los resultados de mi nuevo y más fiable código, mi reacción inicial fue que era increíble", explicó Chae en declaraciones para Motherboard. "Me sentía como si estuviera soñando. Parecía tan irreal. Esto se debe a que mis resultados no coincidían con ninguno anterior".

El investigador asegura que resultados anteriores afirmaban que la gravedad estándar era la que actuaba en las binarias anchas, según los datos recogidos hasta ahora que incluyen los de Gaia DR3. "Un grupo ha estado hablando de una anomalía durante algún tiempo, pero la anomalía parecía no coincidir bien con las predicciones de las teorías de gravedad modificada existentes”, dice Chae. “Sin embargo, esos estudios previos no se recalibraron ni tuvieron plenamente en cuenta la cantidad de binarias anidadas ocultas que hay".

Un modelo cósmico sin materia oscura

El nuevo trabajo también toca otro de los puntos más controvertidos del modelo cósmico actual: la presencia de la materia y energía oscuras, algo que todavía no se ha llegado a demostrar y que está por ver si lo lograremos alguna vez. Chae asegura que los movimientos de las estrellas binarias en puntos de débil aceleración parecen coincidir con una predicción de la dinámica newtoniana modificada (MOND) llamada AQUAL.

MOND es una explicación de la gravedad que se popularizó en la década de los 80 y que no requiere de la existencia de materia oscura. Muchos de los investigadores que trabajan con esta teoría han estudiado fundamentalmente las galaxias, pero también las binarias en busca de anomalías, ya que las escalas estelares son demasiado pequeñas para verse afectadas por la materia oscura.

Como apunta el astrofísico Ethan Siegel en el blog Big Think, hay que ser cautos con estos resultados ya que aunque los datos de Gaia pueden ser lo mejor que tenemos ahora mismo para medir estos sistemas, los datos en sí siguen siendo extremadamente limitados. Sobre todo por el tiempo de observación que se requieren este tipo de mediciones en objetos tan lejanos como las estrellas binarias anchas. Según Siegel, se necesitarían siglos o incluso milenios de datos para hacer un análisis preciso de las órbitas de estas estrellas.

"Como la cosmología estándar se basa en la relatividad general, la cosmología necesita ahora una revisión a fondo", concluye Chae. "Creo que estamos entrando en un periodo de tiempo extremadamente apasionante. Cuando hace más de un siglo se descubrió la catástrofe ultravioleta de la teoría electrodinámica de Maxwell, acabó dando lugar a la física cuántica. Ahora estamos asistiendo a una catástrofe de la gravedad a baja aceleración. Es emocionante ver hacia dónde conducirá al mundo".