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Un análisis de ciertos cúmulos estelares ha deparado un descubrimiento desconcertante que desafía las leyes de la gravedad de Newton, según los astrofísicos responsables de la investigación.
En cambio, las observaciones son consistentes con las predicciones de una teoría alternativa de la gravedad. Sin embargo, esto es controvertido entre los expertos. Los resultados ahora se han publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
En su trabajo, los investigadores investigaron cúmulos estelares abiertos. Estos se forman cuando miles de estrellas nacen en poco tiempo en una enorme nube de gas. A medida que se "encienden", estos recién llegados eliminan los restos de la nube de gas. En el proceso, el cúmulo se expande considerablemente. Esto crea una formación suelta de varias docenas a varios miles de estrellas. Las débiles fuerzas gravitatorias que actúan entre ellos mantienen unido el cúmulo.
"En la mayoría de los casos, los cúmulos estelares abiertos sobreviven solo unos cientos de millones de años antes de disolverse", explica el profesor Pavel Kroupa del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn. En el proceso, pierden regularmente estrellas, que se acumulan en dos llamadas "colas de marea". Una de estas colas se estira detrás del cúmulo mientras viaja por el espacio. La otra, en cambio, toma la iniciativa como punta de lanza.
"Según las leyes de la gravedad de Newton, es una cuestión de azar en cuál de las colas termina una estrella perdida", explica el doctor Jan Pflamm-Altenburg del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear. "Entonces, ambas colas deberían contener aproximadamente la misma cantidad de estrellas. Sin embargo, en nuestro trabajo pudimos probar por primera vez que esto no es cierto: en los cúmulos que estudiamos, la cola frontal siempre contiene significativamente más estrellas cercanas al cúmulo que la cola trasera".
Hasta ahora ha sido casi imposible determinar entre los millones de estrellas cercanas a un cúmulo las que pertenecen a sus colas. "Para hacer esto, debe observar la velocidad, la dirección del movimiento y la edad de cada uno de estos objetos", explica la doctora Tereza Jerabkova, coautora del artículo, que hizo su doctorado en el grupo de Kroupa, y se mudó recientemente de la Agencia Espacial Europea (ESA) al Observatorio Europeo Austral en Garching. Desarrolló un método que le permitió contar con precisión las estrellas en las colas por primera vez.
"Hasta ahora, se han investigado cinco cúmulos abiertos cerca de nosotros, incluidos cuatro por nosotros", dice. "Cuando analizamos todos los datos, nos encontramos con la contradicción con la teoría actual. Los datos muy precisos de la encuesta de la misión espacial Gaia de la ESA fueron indispensables para esto".
Los datos observacionales, en cambio, encajan mucho mejor con una teoría que entre los expertos se conoce con el acrónimo MOND ("Modified Newtonian Dynamics"). "En pocas palabras, según MOND, las estrellas pueden salir de un cúmulo a través de dos puertas diferentes", explica Kroupa. "Uno conduce a la cola de marea trasera, el otro al frente. Sin embargo, el primero es mucho más estrecho que el segundo, por lo que es menos probable que una estrella abandone el cúmulo a través de él. La teoría de la gravedad de Newton, por otro lado, predice que ambas puertas deben tener el mismo ancho".
El equipo calculó la distribución estelar esperada según MOND. "Los resultados se corresponden sorprendentemente bien con las observaciones", destaca el doctor Ingo Thies, quien desempeñó un papel clave en las simulaciones correspondientes. "Sin embargo, tuvimos que recurrir a métodos computacionales relativamente simples para hacer esto. Actualmente carecemos de las herramientas matemáticas para análisis más detallados de la dinámica newtoniana modificada".
Sin embargo, las simulaciones también coincidieron con las observaciones en otro aspecto: predijeron cuánto tiempo deberían sobrevivir típicamente los cúmulos estelares abiertos. Y este lapso de tiempo es significativamente más corto de lo que cabría esperar según las leyes de Newton. "Esto explica un misterio que se conoce desde hace mucho tiempo", señala Kroupa. "Es decir, los cúmulos de estrellas en las galaxias cercanas parecen estar desapareciendo más rápido de lo que deberían".
Sin embargo, la teoría MOND no es indiscutible entre los expertos. Dado que las leyes de la gravedad de Newton no serían válidas en determinadas circunstancias, sino que tendrían que modificarse, esto también tendría consecuencias de gran alcance para otras áreas de la física. "Por otra parte, resuelve muchos de los problemas que enfrenta la cosmología hoy en día", explica Kroupa. El equipo ahora está explorando nuevos métodos matemáticos para simulaciones aún más precisas. Luego podrían usarse para encontrar más evidencia sobre si la teoría MOND es correcta o no.
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