MECANICA DE NEWTON

Publicado en por soviet

Un caso más de MOND (Dinámica de Newton Modificada) sobre la Materia Oscura


Según la segunda Ley de Newton de la dinámica, los objetos más alejados de los bordes de la galaxia deberían tener velocidades menores que los objetos más cercanos al centro. Pero las observaciones confirman que las galaxias giran a velocidades uniformes. Algunos astrónomos creen que el comportamiento orbital de las galaxias se puede explicar más acertadamente mediante la Modified Newtonian Dynamics (MOND), (una versión modificada de la segunda Ley de Newton), que por la teoría rival, ampliamente más aceptada de la materia oscura.

La teoría de la materia oscura admite la existencia de que un halo de materia oscura rodea a cada galaxia, proporcionando la suficiente materia (y gravedad) que todo el conjunto de estrellas en el disco de una galaxia orbitando con la misma velocidad. MOND sin embargo, proporciona una explicación diferente, y un reciente estudio realizado sobre ocho galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea parece favorecer un enfoque distinto respecto a la teoría de la materia oscura.

“MOND fue inicialmente sugerida en relación a lo que observamos en el universo lejano”, ha manifestado Garry Angus, de la Universidad de St Andrews. “Este es el primer estudio detallado en el que hemos sido capaces de comprobar la teoría sobre algo próximo a nosotros. Los cálculos de MOND y las observaciones parecen concordar sorprendentemente bien”

Normalmente la ecuación F = m · a ( fuerza = masa por aceleración) permite resolver los problemas básicos de aceleraciones. Pero no explica la rotación observada de las galaxias. MOND sugiere que para valores bajos de aceleración, la aceleración de una partícula no es proporcional a la fuerza aplicada. Según Angus, MOND añade a la física una nueva constante de la naturaleza (a0), además de la velocidad de luz y la constante de Plank. Sobre estas constantes, las aceleraciones son exactamente las calculadas por la segunda Ley de Newton (F = m · a). Por debajo de esta, la fuerza de la gravedad disminuye con la distancia a la masa en vez de con la distancia al cuadrado. Esta constante es tan pequeña, que ha permanecido inadvertida debido a las altas aceleraciones que experimentamos en nuestra vida diaria. Por ejemplo, cuando dejamos caer una pelota, la gravedad es miles de millones de veces más fuerte que a0, y el movimiento acelerado de la Tierra alrededor del Sol es 50 millones de veces mayor.

Sin embargo, cuando los cuerpos son acelerados muy lentamente, como los que observamos en las galaxias y en los cúmulos de galaxias, la constante aporta una diferencia significativa al resultado respecto a las fuerzas gravitatorias resultantes.

Cuando se aplica la teoría MOND a las galaxias enanas cercanas, uno de los efectos es que las fuerzas de marea de la Vía Láctea, (las cuales ejercen un efecto insignificante en la mecánica de Newton clásica), realmente pueden ejercer una notable diferencia. Esto es particularmente significativo para las enanas que orbitan cerca de nuestra galaxia.



Imagen IPB


“En estas galaxias enanas, la gravedad interna es muy débil comparada con la gravedad de la Vía Láctea”, ha manifestado Angus. “MOND sugiere que la Vía Láctea viene a ser como un banco que presta gravedad a las galaxias enanas mas cercanas para hacerlas más estables. Sin embargo, existen condiciones para el préstamo: si las galaxias enanas comienzan a acercarse al banco, el préstamo se reduce gradualmente e incluso puede llegar a ser cancelado y las enanas lo tienen que devolver. En dos galaxias hemos observado lo que pueden ser signos de que se hayan aproximado muy rápidamente y sean incapaces de devolver el préstamo lo suficientemente rápido. Esto parece haber provocado la alteración de su equilibrio”.

Angus utiliza MOND para calcular, la relación de la masa a la cantidad de luz emitida por estrellas de galaxias enanas a partir de las velocidades observadas aleatoriamente en estrellas individuales. También calculó las trayectorias orbitales de las estrellas en las galaxias enanas. En todos los ocho casos, los cálculos MOND para sus orbitas concordaron con las predicciones. En seis de las ocho galaxias, los cálculos también realizaron una buena predicción respecto a los valores esperados para la relación masa/luz; sin embargo, para dos de ellas, Sextans y Draco, la relación fue muy alta lo que podría sugerir efectos de marea. El valor para Sextans también podría atribuirse a una mala calidad de las mediciones de la luminosidad de la galaxia, que según Angus está mejorando para estos objetos ultradiminutos.

“Estos efectos de marea pueden ser verificados actualizando la luminosidad de los últimos 13 años de Sextans y realizando observaciones más exactas de la órbita de Draco y Sextans alrededor de la Vía Láctea. También necesitamos llevar a cabo algunas simulaciones detalladas para comprender el mecanismo exacto del calentamiento por marea”, manifestó Angus.

Si la gravedad de Newton resultase cierta, la materia oscura necesaria en las galaxias enanas debería poseer una densidad constante en el centro, lo cual contradice las predicciones teóricas que sugieren que la densidad debería aumentar en el centro.

“Incluso sin la detección directa, la teoría de la materia oscura resulta difícil de demostrar o refutar y aunque no seamos capaces de probarla, la teoría MOND resulta correcta, realizando pruebas de este tipo podremos ver si se puede seguir manteniendo o en caso contrario desecharla completamente”, añadió Angus.





Imagen IPB
Los estudios observacionales de las galaxias, indican –especialmente en las espirales– que la velocidad de rotación de las estrellas se mantiene prácticamente constante, incluso, las de aquellas más alejadas del centro galáctico, como se puede observar en el gráfico de arriba que corresponde a la curva de rotación que se observa en la galaxia NGC3198


Imagen IPB
Curva de rotación de una típica galaxia en espiral: predicho (A) y observado (B). La materia oscura puede explicar la curva de velocidad que tiene una apariencia "plana" además de un gran radio.


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