La gravedad sin masa es una nueva explicación del fracaso en encontrar materia oscura

Una nueva explicación de por qué no hemos encontrado materia oscura propone que no existe. En cambio, el autor cree que hemos entendido mal la gravedad. No es el primero en sugerir esto, pero la nueva propuesta, de gravedad sin masa creada por defectos topológicos en el espacio-tiempo, es particularmente novedosa.

La materia oscura se propuso por primera vez en 1932, basándose en la observación de que las galaxias se mueven de manera consistente con tener más masa que la suma de sus estrellas y gas. Lo que comenzó como unas cuantas medidas sorprendentes ha florecido. Las explicaciones simples, como que se han subestimado las poblaciones estelares, definitivamente han fracasado.

Se ha propuesto una amplia gama de opciones sobre la composición de la materia oscura, desde agujeros negros primordiales hasta partículas subatómicas. Hasta ahora no hemos encontrado ninguno de ellos, aparte de planetas rebeldes y agujeros negros de masa estelar. cada uno de ellos sólo puede representar una fracción del uno por ciento de lo que falta.

Esto ha llevado a algunos físicos a preguntarse si estamos equivocados. Quizás no exista materia oscura y, en cambio, la gravedad funcione de manera diferente a escalas mayores de lo que pensamos. Una versión de esto, conocida como Dinámica Newtoniana Modificada (MOND), ha recibido bastante atención, pero ha demostrado ser mucho más popular entre los comentaristas en línea que entre los físicos, quienes generalmente lo consideran muy improbable.

El profesor Richard Lieu, de la Universidad de Alabama en Huntsville, se ha metido en esta situación con su propia interpretación de la gravedad, que sostiene que puede existir sin masa. Si tiene razón, cambiará gran parte de la cosmología y hará que la búsqueda de la materia oscura sea una desviación vergonzosa en la marcha de la ciencia, como el flogisto. Sin embargo, queda un largo camino por recorrer antes de que sea ampliamente tratado como plausible, y mucho menos como probable.

Lieu propone que los defectos topológicos se crearon en el espacio-tiempo poco después del Big Bang.

«Los efectos topológicos son regiones muy compactas del espacio 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», dijo Lieu en un comunicado.

«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».

La fuerza aquí tendría una intensidad igual a la inversa de la distancia, en lugar de la inversa de la distancia al cuadrado como se aplica según la ley de gravedad de Newton. No se ha demostrado si esto es físicamente posible, pero Lieu afirma demostrar que funciona matemáticamente.

Lieu propone que cuando la luz pasa por un objeto como una galaxia en una lente gravitacional, se desvía ligeramente hacia adentro al pasar a través de estas capas. Esta flexión apenas se distinguiría de lo que ocurriría si hubiera más masa tirando de ella. Lo mismo ocurre con los movimientos de una estrella alrededor de un centro de masa galáctico.

Dado que, como señala Lieu, estos dos fenómenos son la base de nuestra confianza en que existe materia oscura, un proceso alternativo para ambos haría innecesaria la materia oscura.

Por otro lado, la idea de proyectiles con masa positiva y negativa en cada lado tampoco está probada, y es considerablemente más difícil explicar por qué existirían.

Lieu propone que la creación de estos defectos estuvo asociada con una «transición de fase cosmológica» en el universo temprano, donde en todo el universo, la materia experimentó un cambio de estado.

«Mi propia inspiración provino de mi búsqueda de otra solución a las ecuaciones del campo gravitacional de la relatividad general», dijo Lieu. Esto puede dar «una fuerza de gravitación finita en ausencia de cualquier masa detectable».

La propuesta de Lieu requiere varias cosas de las que no tenemos evidencia directa, en lugar de solo una, como en el caso de la materia oscura. El propio investigador admite: «Por el momento no está claro qué forma concreta de transición de fase en el universo podría dar lugar a defectos topológicos de este tipo».

Sugirió algunos pasos posibles, por ejemplo, que los proyectiles alguna vez fueran aviones o cuerdas rectas que se enrollaron. Sin embargo, actualmente todo suena casi tan ad hoc como los epiciclos que los astrónomos ptolemaicos usaban para explicar las órbitas de los planetas.

Sin embargo, en defensa de su hipótesis, Lieu podría señalar que la idea es lo suficientemente nueva como para que nadie haya estado buscando pruebas adecuadas. Por otro lado, se han dedicado miles de millones de dólares y algunas de las mentes más brillantes de nuestra generación a la búsqueda infructuosa de la materia oscura.

«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 evidencia directa durante todo un siglo», añadió Lieu.

«Por supuesto, la disponibilidad de una segunda solución, incluso si es muy sugerente, no es suficiente por sí sola para desacreditar la hipótesis de la materia oscura; en el mejor de los casos, podría ser un ejercicio matemático interesante», concluyó Lieu. «Pero es la primera prueba de que la gravedad puede existir sin masa».

La propuesta se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.