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miércoles, 30 de noviembre de 2011

¿Modificar la ley de Newton?... Se están tardando...



Sergio Mendoza, Tula Bernal, Juan Carlos Hidalgo y Salvatore Capozziello, los autores
Expertos de la UNAM y de Nápoles proponen modificar ley de Newton
La investigación de los astrofísicos, de más de un año, responde a la necesidad de ampliar la teoría de gravitación extendida sobre sistemas estelares y galaxias

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Miércoles 30 de noviembre de 2011
Hace tres décadas, la ciencia descubrió que las leyes de la gravedad postuladas por Isaac Newton y Albert Einstein no coinciden del todo cuando se observan fenómenos gravitacionales en galaxias lejanas. Se ha hallado que los movimientos de las estrellas que se encuentran en las afueras de esos conglomerados y de los cúmulos globulares, así como los de las galaxias pertenecientes a grandes supercúmulos son mucho mayores a lo predicho por las leyes clásicas.
Desde entonces, investigadores en todo el mundo han observado comportamientos inesperados en múltiples sistemas estelares galácticos con la finalidad de explicar esas inconsistencias.
Así, un equipo de astrofísicos mexicanos e italianos elaboraron una teoría métrica a partir de la relatividad, que describe el comportamiento de partículas bajo el influjo de fuerzas gravitacionales muy débiles como aquellas observadas a escalas galácticas.
El trabajo, de Sergio Mendoza, Tula Bernal y Juan Carlos Hidalgo del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), en colaboración con Salvatore Capozziello, de la Universidad Federico II de Nápoles, se publicará en breve en la revista European Physical Journal C. Responde a la necesidad de dar una solución desde la relatividad a la teoría de gravitación que no requiera de materia oscura, la cual ha sido utilizada por la mayoría de los astrofísicos que han intentado explicar múltiples fenómenos galácticos y cosmológicos, sin que a la fecha haya resultados satisfactorios.
El equipo de investigación ha trabajado más de un año buscando ampliar la teoría de gravitación extendida, dada a conocer a mediados de 2010, la cual propone una modificación a la ley de gravitación universal de Newton y explica la dinámica de sistemas estelares y galácticos.
En un artículo sobre el postulado, los investigadores explican que las partes externas de sistemas muy masivos con extensiones galácticas sienten una fuerza de atracción mayor a la prevista por las teorías de Newton y Einstein. En estas zonas, la aceleración sufrida por los cuerpos es menor a la llamada aceleración de Milgrom. La gravitación extendida toma como base una nueva escala de masa-longitud, proporcional al cociente de la masa entre el cuadrado de la distancia.
Tomando en cuenta estos parámetros, junto con la velocidad de la luz, los universitarios construyeron una teoría métrica relativista para aquellos objetos que experimentan muy bajas aceleraciones. De tal suerte que la nueva teoría deriva naturalmente en la gravitación extendida newtoniana para partículas que viajan a velocidades sublumínicas y en la gravitación relativa de Einstein para escalas subgalácticas, donde la masa-longitud es grande.
Tres corrientes de pensamiento han buscado explicar estos fenómenos. La más popular en el mundo ha sido inferir la existencia de gran cantidad de materia exótica que no observamos, pero que genera tal fuerza gravitatoria. La segunda, conocida como Mond (Modified Newtonian Dynamics) propone modificar la reacción dinámica en la segunda ley de Newton, para sistemas sujetos a bajas aceleraciones. La corriente alterna de gravitación extendida propone mantener la definición dada por la segunda ley, y ajustar así la correcta fuerza de gravitación a partir de observaciones astronómicas.
Los científicos mexicanos e italianos exponen en su trabajo cómo se curva el espacio por la presencia de masas, a partir de observaciones astronómicas directas, a diferencia de las aproximaciones puramente teóricas propias de otras teorías gravitacionales como las supercuerdas o la gravitación cuántica.
Han pasado ya 95 años desde que Albert Eisntein y el matemático David Hilbert formularon una teoría relativista de cómo el espacio se curvaba debido a la presencia de masas, utilizando observaciones del movimiento de los planetas alrededor del Sol. Hoy, el equipo de Mendoza ha repetido esta notable hazaña utilizando una extensa recopilación de observaciones en diversos ambientes astronómicos.
En el texto, se asegura que los investigadores continuarán trabajando intensamente en completar dicha teoría, así como en determinar las consecuencias astrofísicas y cosmológicas que pueda tener.

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La Jornada


Gravedad Extendida: una modificación a la ley de Newton propuesta por astrónomos de la UNAM da solución a la dinámica de los astros


Boletín de prensa 21.09. 2010 
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La propuesta resuelve las anomalías observadas a escalas astronómicas

La fuerza de gravedad decae más lentamente a distancias mayores al sistema solar
 

La solución prescinde de la materia oscura con importantes consecuencias cosmológicas






Sergio Mendoza y Xavier Hernández, astrofísicos mexicanos del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México, han reformulado la Ley de Gravitación Universal de Newton con el fin de explicar una serie de inconsistencias entre los fenómenos observados a distancias galácticas y el comportamiento predicho por la teoría clásica.


Un ejemplo es el de las galaxias espirales que rotan mucho más rápido de lo esperado, tanto, que el gas y las estrellas que las componen debieran haberse dispersado al girar rápidamente cual reguilete de agua. Sin embargo, la fuerza que las mantiene unidas compensa la fuerza centrífuga originada por el movimiento de rotación.


Los modelos dominantes para explicar esta discrepancia han consistido en postular que hay más materia de la que se observa, la llamada materia oscura, cuya fuerza gravitacional debiera mantener unida a la galaxia. Sin embargo dicha materia debe poseer propiedades exóticas como no absorber ni emitir luz, traspasar la materia ordinaria, ocupar grandes extensiones de espacio sin agrumarse, además de componer el 90% de la materia del Universo.

Durante décadas se ha invertido mucho esfuerzo y dinero en tratar de detectar esta hipotética materia sin lograrlo, lo que ha llevado a los científicos a buscar soluciones alternativas.
Mendoza y Hernández han explorado este camino alterno infiriendo que la fuerza atractiva que produce la materia observada a distancias galácticas es mayor de lo supuesto. Este proceder es el que el mismo Newton recomienda y que puede ser encontrado en el prefacio a la segunda edición de su famoso libro Principios matemáticos de la filosofía natural: buscar las fuerzas que rigen el movimiento de los astros en vez de postular sustancias exóticas.

La solución, publicada este año en dos artículos (el primero en la revista europea Astrónomy & Astrophisics, y el segundo en la inglesa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society), es sencilla y elegante, pues propone una nueva expresión para la fuerza de gravedad que resulta indistinguible de la ley de Newton a escalas del Sistema Solar, pero a escalas galácticas decae más lentamente que lo predicho por la formulación de Newton.

Los científicos también presentan pruebas comparativas a lo largo de todas las escalas astronómicas con resultados dentro de los rangos de error de las mejores mediciones hechas a la fecha, incluyendo la mediciones de posición y movimiento del Sistema Solar, las cuales tienen una precisión fraccional de hasta una parte en un billón. Igualmente presentan predicciones verificables para numerosos problemas de actualidad. La nueva ley de Gravitación da explicación a múltiples inconsistencias a lo largo de todas las escalas astronómicas sin precisar de la materia oscura.

Este resultado replantea la visión que se ha tenido del cosmos durante los últimos 30 años desde que Fritz Zwicky y Vera Rubin postularon la existencia de la materia oscura. La Gravedad Extendida abre nuevas líneas de investigación, como lo es buscar su versión relativista, revisar las consecuencias en torno a la curvatura del espacio y su expansión, y dar respuesta al problema de la llamada energía oscura.

Durante más de 30 años, varios grupos de investigación que consideran insatisfactoria la teoría de la materia oscura han trabajado modelos gravitacionales alternativos. Gran parte de ellos han seguido las propuestas de dinámica newtoniana modificada (MOND por sus siglas en inglés) de Mordehai Milgrom de 1981, quien propuso un cambio en la expresión dinámica de la segunda ley (F=ma) para aquellos sistemas que sufrieran aceleraciones pequeñísimas, del orden de a0=1.2×10−10 m/s2. Pero las expresiones matemáticas de MOND han resultado rebuscadas y difíciles de aplicar.

Hernández y Mendoza, junto con su equipo de trabajo conformado por el investigador posdoctoral Juan Carlos Hidalgo y las estudiantes de doctorado y maestría Tula Bernal y Teresita Suárez, han propuesto una alternativa equivalente a MOND, desarrollando las potencias de la expresión gravitacional de la fuerza de Newton, bien conocida como F= GMm/r2 . A distancias galácticas, el término que domina sería la raíz de la fuerza de Newton. A escalas intermedias la fuerza de gravedad resulta en combinaciones de estas dos fuerzas.

Los científicos presentarán al público su trabajo en el Instituto de Astronomía de la UNAM el miércoles 29 de septiembre de 2010 a las 17:30hrs.

Artículos:
Understanding local dwarf spheroidals and their scaling relations under MOdified Newtonian Dynamics, A&A, 514, A101 (2010)

A natural approach to extended Newtonian gravity: tests and predictions across astrophysical scales

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Más información: Instituto de Astronomía Universidad Nacional Autónoma de México 5622-3906 ext. 44929
difusion@astro.unam.mx
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