Durante décadas, los astrónomos, físicos y cosmólogos han teorizado que el universo está lleno de un material exótico llamado «materia oscura» que explica el extraño comportamiento gravitacional de las galaxias y los cúmulos de galaxias.
La materia oscura, según los modelos matemáticos, constituye tres cuartas partes de toda la materia del universo. Pero nunca se ha visto ni se ha explicado del todo. Y aunque la materia oscura se ha convertido en la teoría predominante para explicar uno de los mayores misterios del universo, algunos científicos han buscado explicaciones alternativas de por qué las galaxias actúan como lo hacen.
Ahora, un equipo internacional de científicos dice haber encontrado nuevas pruebas de que quizás la materia oscura no existe realmente después de todo.
En una investigación publicada en noviembre en la revista Astrophysical Journal, los científicos informan de diminutas discrepancias en las velocidades orbitales de estrellas distantes que, según ellos, revelan un tenue efecto gravitatorio -y que podría poner fin a las ideas predominantes sobre la materia oscura.
El estudio sugiere que una comprensión científica incompleta de la gravedad está detrás de lo que parece ser la fuerza gravitatoria de las galaxias y los cúmulos de galaxias, en lugar de vastas nubes de materia oscura.
Eso podría significar que las matemáticas puras, y no la materia invisible, podrían explicar por qué las galaxias se comportan como lo hacen, dijo la coautora del estudio Stacy McGaugh, que dirige el departamento de astronomía de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland.
La nueva investigación informa de que los signos de una tenue marea gravitacional, conocida como «efecto de campo externo» o EFE, se pueden observar estadísticamente en las velocidades orbitales de las estrellas en más de 150 galaxias.
Los autores dicen que el efecto no puede ser explicado por las teorías de la materia oscura, pero se predice por lo que se conoce como la teoría de la dinámica newtoniana modificada, o MOND.
«Lo que realmente estamos diciendo es que hay absolutamente evidencia de una discrepancia», dijo McGaugh. «Lo que se ve no es lo que se obtiene, si todo lo que se conoce es Newton y Einstein».
Los astrónomos asumieron durante mucho tiempo que las estrellas orbitaban alrededor de los centros de las galaxias a las velocidades predichas por la teoría de la gravedad formulada por el físico y matemático inglés Isaac Newton hace más de 300 años.
Newton basó su teoría de que los objetos se atraen entre sí con una fuerza que varía en función de su masa en observaciones de las órbitas de los planetas. Con los refinamientos de las teorías del físico de origen alemán Albert Einstein en el siglo XX, sigue siendo asombrosamente precisa.
Pero las observaciones del cúmulo de galaxias de Coma realizadas en la década de 1930 por el astrónomo suizo Fritz Zwicky, que entonces trabajaba en el Instituto Tecnológico de California, descubrieron que estaba sometido a fuerzas gravitatorias mayores de lo esperado, un efecto que atribuyó a la «dunkel (kalt) materie», que en alemán significa «materia oscura (fría).»
Cuando los astrónomos estadounidenses Vera Rubin y Kent Ford encontraron anomalías en las órbitas de las estrellas en las galaxias en la década de 1970, muchos científicos teorizaron que estaban causadas por masas de «materia oscura» invisible dentro y alrededor de las galaxias, y la idea ha dominado la astrofísica desde entonces.
Según algunas estimaciones, la materia oscura constituye alrededor del 85 por ciento de toda la materia del universo. Se dice que interactúa con la luz y la materia visible sólo a través de la gravedad, y explica las anomalías observadas en las galaxias distantes.
Pero nunca se ha visto, y hasta ahora nadie ha explicado completamente lo que podría ser, aunque los candidatos de la materia oscura incluyen partículas masivas de interacción débil, o WIMPS, agujeros negros primordiales y neutrinos.
MOND fue formulado en la década de 1980 por un físico israelí, Mordehai Milgrom, para explicar las discrepancias observadas sin materia oscura.
Propone que la gravedad causa una aceleración muy pequeña, no predicha por Newton y Einstein, a niveles tan bajos que sólo puede verse en objetos del tamaño de una galaxia; y significaría que la explicación de la materia oscura no es necesaria.
Hasta ahora, MOND ha sobrevivido a varias pruebas científicas -aunque muchos científicos dicen que no puede explicar las observaciones del cúmulo de galaxias en colisión de Bullet, por ejemplo.
McGaugh admite que MOND es un punto de vista minoritario en astrofísica, y que la mayoría de los científicos están a favor de la existencia de la materia oscura -una idea que él mismo favorecía, hasta que empezó a cambiar de opinión hace unos 25 años.
«Antes habría dicho lo mismo: está absolutamente probado que hay materia oscura, no te preocupes por ello», dijo.
Pero muchas de las predicciones de MOND se han visto en las observaciones astronómicas, y las últimas investigaciones son una prueba más de ello, dijo.
«MOND es la única teoría que ha tenido éxito de esta manera», dijo McGaugh. «Es la única teoría en la que todas las predicciones se han cumplido de forma rutinaria».
La nueva investigación plantea «una cuestión muy interesante», dijo Matthias Bartelmann, profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Heidelberg (Alemania), que no participó en el estudio.
«¿Puede explicarse la materia oscura mediante una ley de gravedad diferente? Sería muy importante para la cosmología, así como para la física de partículas, si se pudiera», dijo en un correo electrónico.
Tiene dudas, sin embargo, de que el «efecto de campo externo» reportado en la nueva investigación sea realmente una predicción única de MOND, y que no pueda ser explicado por algunas teorías de la competencia.
Y puesto que la teoría MOND fue formulada para explicar las discrepancias rotacionales en las galaxias, se esperaría que al probarla en galaxias se obtuvieran resultados convincentes; en cambio, MOND necesita ser probada con éxito en otros objetos, como los cúmulos de galaxias, dijo.