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Un investigador sugiere que la gravedad puede existir sin masa, lo que reduce la necesidad de la existencia de la materia oscura.

La materia oscura es una forma de materia que produce efectos gravitacionales que no pueden explicarse mediante la relatividad general a menos que haya más materia presente en el universo de la que se puede ver.

Sigue siendo prácticamente tan misterioso como lo fue hace casi un siglo, cuando el astrónomo holandés Jan Oort lo sugirió por primera vez en 1932 para explicar la llamada «masa faltante» necesaria para que cosas como las galaxias se agrupen. Sin embargo, desde entonces se han acumulado muchas pruebas que avalan su existencia.

Ahora Richard Lieu de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) ha publicado un artículo en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society que muestra cómo puede existir la gravedad sin masa, proporcionando una teoría alternativa que podría potencialmente reducir la necesidad de materia oscura.

«Mi propia inspiración vino de mi búsqueda de otra solución a las ecuaciones del campo gravitacional de la relatividad general, cuya versión simplificada, aplicable a las condiciones de las galaxias y cúmulos de galaxias, se conoce como ecuación de Poisson, que proporciona una fuerza de gravitación finita en ausencia de masa detectable», dice Lieu.

«Esta iniciativa, a su vez, está impulsada por mi frustración con el status quo, es decir, la noción de la existencia de la materia oscura a pesar de la falta de pruebas directas durante todo un siglo», añade.

El investigador sostiene que el «exceso» de gravedad necesario para unir una galaxia o un cúmulo podría deberse más bien a conjuntos concéntricos de defectos topológicos similares a capas en estructuras que se encuentran comúnmente en todo el cosmos y que probablemente se crearon durante el universo temprano cuando ocurrió una transición de fase. Una transición de fase cosmológica es un proceso físico en el que el estado general de la materia cambia al mismo tiempo en todo el universo.

«Actualmente no está claro qué forma precisa de transición de fase en el Universo podría dar lugar a defectos topológicos de este tipo», afirma Lieu.

«Los efectos topológicos son regiones del espacio muy compactas con una densidad de materia muy alta, generalmente en forma de estructuras lineales conocidas como cuerdas cósmicas, aunque también son posibles estructuras 2D, como capas esféricas.

«Las capas en mi artículo consisten en una delgada capa interna de masa positiva y una delgada capa externa de masa negativa; la masa total de ambas capas, que es todo lo que se puede medir, en términos de masa, es exactamente cero, pero cuando una estrella se encuentra sobre este caparazón, experimenta una gran fuerza gravitacional que lo empuja hacia el centro del caparazón».

Como la fuerza gravitacional implica fundamentalmente la deformación del propio espacio-tiempo, permite que todos los objetos interactúen entre sí, tengan masa o no. Se ha confirmado, por ejemplo, que los fotones sin masa experimentan efectos gravitacionales procedentes de objetos astronómicos.

«La curvatura gravitacional de la luz por un conjunto de capas concéntricas singulares que componen una galaxia o cúmulo se debe a que un rayo de luz se desvía ligeramente hacia adentro, es decir, hacia el centro de la estructura a gran escala, o el conjunto de capas, a medida que avanza. pasa a través de una capa», señala Lieu.

«El efecto total del paso a través de muchas capas es una desviación total finita y mensurable que imita la presencia de una gran cantidad de materia oscura de manera muy similar a la velocidad de las órbitas estelares. Tanto la desviación de la luz como las velocidades orbitales estelares es el único medio por el cual se mide la fuerza del campo gravitacional en una estructura a gran escala, ya sea una galaxia o un cúmulo de galaxias. El argumento de mi artículo es que al menos las capas que postula no tienen masa, entonces no hay necesidad de perpetuar esta búsqueda aparentemente interminable de materia oscura».

Las preguntas para futuras investigaciones probablemente se centrarán en cómo se forma una galaxia o un cúmulo mediante la alineación de estas capas, así como en cómo tiene lugar la evolución de las estructuras.

«Este artículo no intenta abordar el problema de la formación de estructuras. Un punto polémico es si los proyectiles eran inicialmente planos o incluso cuerdas rectas, pero el momento angular les da cuerda. También está la cuestión de cómo confirmar o refutar los proyectiles propuestos. Por supuesto, la disponibilidad de una segunda solución, incluso si es muy sugerente, no es por sí sola suficiente para desacreditar la hipótesis de la materia oscura; en el mejor de los casos, podría ser un ejercicio matemático interesante», concluye Lieu.

«Pero es la primera prueba de que la gravedad puede existir sin masa».

Lo malo del modelo de Lieu es que asumir masa negativa es mucho más especulativo que asumir la existencia de materia oscura. Además, debería demostrar que su modelo permite la formación de estructuras, algo que sí hace el modelo cosmológico de consenso basado en materia oscura. De hecho, esta formación de estructura, es una prueba de la existencia de materia oscura, pues el modelo de consenso predice las estructuras a gran escala que se observan en la realidad.

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