¿Es la materia oscura en una galaxia un fenómeno de (por falta de una teoría más completa) de la relatividad general?

La razón por la que se llama materia oscura es porque lo que no tiene idea es que sabemos que tiene un profundo efecto en las galaxias.

Los cúmulos de galaxias revelan nuevas ideas sobre la materia oscura

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA muestra la región interna de Abell 1689, un inmenso grupo de galaxias. Los científicos dicen que los cúmulos de galaxias que vemos hoy son el resultado de fluctuaciones en la densidad de la materia en el universo primitivo.

Esta comparación de cúmulos de galaxias del catálogo de galaxias DR8 de Sloan Digital Sky Survey DR8 muestra un cúmulo extendido (izquierda) y un cúmulo más denso (derecha). Un nuevo estudio muestra que estas diferencias están relacionadas con el entorno circundante de materia oscura.

La materia oscura es un misterioso fenómeno cósmico que representa el 27 por ciento de toda la materia y la energía. Aunque la materia oscura nos rodea, no podemos verla ni sentirla. Pero los científicos pueden inferir la presencia de materia oscura al observar cómo se comporta la materia normal a su alrededor.

Los cúmulos de galaxias, que consisten en miles de galaxias, son importantes para explorar la materia oscura porque residen en una región donde dicha materia es mucho más densa que el promedio. Los científicos creen que cuanto más pesado es un racimo, más materia oscura tiene en su entorno. Pero una nueva investigación sugiere que la conexión es más complicada que eso.

“Los cúmulos de galaxias son como las grandes ciudades de nuestro universo. De la misma manera que puedes mirar las luces de una ciudad de noche desde un avión e inferir su tamaño, estos cúmulos nos dan una idea de la distribución de la materia oscura que no podemos ver “, dijo Hironao Miyatake en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en Pasadena, California.

Un nuevo estudio en Physical Review Letters, dirigido por Miyatake, sugiere que la estructura interna de un cúmulo de galaxias está vinculada al entorno de materia oscura que lo rodea. Esta es la primera vez que se ha demostrado que una propiedad además de la masa de un grupo está asociada con la materia oscura circundante.

Los investigadores estudiaron aproximadamente 9,000 cúmulos de galaxias del catálogo de galaxias DR8 de Sloan Digital Sky Survey, y los dividieron en dos grupos por sus estructuras internas: una en la que las galaxias individuales dentro de los cúmulos estaban más dispersas, y una en la que estaban muy juntas. Los científicos utilizaron una técnica llamada lente gravitacional (observar cómo la gravedad de los grupos dobla la luz de otros objetos) para confirmar que ambos grupos tenían masas similares.

Pero cuando los investigadores compararon los dos grupos, encontraron una diferencia importante en la distribución de los cúmulos de galaxias. Normalmente, los cúmulos de galaxias están separados de otros cúmulos por un promedio de 100 millones de años luz. Pero para el grupo de cúmulos con galaxias compactas, había menos cúmulos vecinos a esta distancia que para los cúmulos más dispersos. En otras palabras, el entorno de materia oscura circundante determina qué tan lleno está un cúmulo de galaxias.

“Esta diferencia es el resultado de los diferentes entornos de materia oscura en los que se formaron los grupos de cúmulos. Nuestros resultados indican que la conexión entre un cúmulo de galaxias y la materia oscura circundante no se caracteriza únicamente por la masa de cúmulos, sino también por su historial de formación”. Dijo Miyatake.

El coautor del estudio, David Spergel, profesor de astronomía en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, agregó: “Estudios observacionales anteriores habían demostrado que la masa del grupo es el factor más importante para determinar sus propiedades globales. Nuestro trabajo ha demostrado que ‘la edad importa’: los grupos más jóvenes viven en diferentes entornos de materia oscura a gran escala que los grupos más antiguos ”.

Los resultados están en línea con las predicciones de la teoría líder sobre los orígenes de nuestro universo. Después de un evento llamado inflación cósmica, un período de menos de una billonésima de segundo después del Big Bang, hubo pequeños cambios en la energía del espacio llamados fluctuaciones cuánticas. Estos cambios luego desencadenaron una distribución no uniforme de la materia. Los científicos dicen que los cúmulos de galaxias que vemos hoy son el resultado de fluctuaciones en la densidad de la materia en el universo primitivo.

“La conexión entre la estructura interna de los cúmulos de galaxias y la distribución de la materia oscura circundante es una consecuencia de la naturaleza de las fluctuaciones de densidad iniciales establecidas antes de que el universo tuviera incluso un segundo de edad”, dijo Miyatake.

Los investigadores continuarán explorando estas conexiones.

“Los cúmulos de galaxias son ventanas notables a los misterios del universo. Al estudiarlos, podemos aprender más sobre la evolución de la estructura a gran escala del universo y su historia temprana, así como sobre la materia oscura y la energía oscura “, dijo Miyatake. [1]

Notas al pie

[1] Los grupos de galaxias revelan nuevas percepciones de materia oscura

Mi suposición original era que Dark Matter y Dark Energy eran simplemente una consecuencia de teorías gravitacionales conceptualmente erróneas. La relatividad general se basa en la gravedad newtoniana y es al menos igualmente errónea conceptualmente, incluso si Einstein logró evadir las respuestas que estaba buscando.

Sin embargo, ahora estoy convencido de que, si bien no podemos proporcionar una respuesta definitiva hasta que salgamos de la Teoría de la gravedad, las dos partículas sí existen. La razón de esto es que estaba teorizando lo que pensé que era una partícula bastante separada, la Carga Gravitacional, cuando me di cuenta de que realmente los estaba describiendo, lo que puedo asegurarles que inicialmente fue un poco impactante, porque toda mi teoría hasta ese momento se había basado en el hecho de que su existencia se basaba exclusivamente en conceptos erróneos sobre la gravedad.

De todos modos, si bien mi teoría es conceptualmente completa en mi cabeza, mientras estoy luchando con la gran tarea de escribir todo, estoy blogueando fragmentos completos aquí en Quora. Creo que si no desea leer el Blog desde el principio, estos son los bits más relevantes.

Cargas gravitacionales y flujo por David Wrixon EurIng en gravedad cuántica explicada

Big Bang de David Wrixon EurIng sobre la gravedad cuántica explicada

La medición más precisa de las galaxias surge de un tiempo en el Universo antes de que hubiera galaxias o estrellas. Esto está en las predicciones para la radiación de fondo cósmico de microondas. El universo es casi homogéneo.

La forma en que se mide la materia oscura en este momento es que el fluido de la materia oscura en ese momento tiene la propiedad única de que no es relativista y no tiene carga. Ningún otro componente del universo satisface esta propiedad. Los bariones y los electrones están cargados, los fotones no tienen masa (y se acoplan a partículas cargadas), los neutrinos no tienen masa, nada más existe en el Modelo Estándar. Sin embargo, para que la teoría coincida con los resultados experimentales, debe incluir la existencia de un fluido no relativista que no está cargado y que tiene una densidad de masa que es aproximadamente 5 veces mayor que la densidad de masa en los bariones.

Es una suposición bastante simple: la existencia de una (o más) partículas estables que no se acoplan al electromagnetismo y se obtiene un fluido así. Dado que tenemos docenas de partículas en el Modelo Estándar, ¿por qué pensarías que sería extraño descubrir más?

Lo que no descubrimos son nuevas fuerzas de largo alcance de la naturaleza. Se han solucionado durante el siglo pasado: electromagntismo y gravedad. Hemos buscado ampliamente las desviaciones de estas predicciones y la materia oscura es lo único que causa desviaciones y la mayoría de los físicos que han trabajado varias décadas en el problema piensan que las nuevas partículas son mucho más plausibles que las nuevas fuerzas de largo alcance de la naturaleza.

No. La materia oscura se requiere, como materia, también en la gravitación newtoniana. La materia orbita con la materia normal, por lo que no se mueve rápidamente. Está confinado en cierto sentido, es un halo o cadenas entre galaxias.

No se requiere ningún tipo de “campo” o modificación de la gravedad. Si observa las suposiciones que dan lugar a Dark Matter, sabrá que puede ser simplemente una cuestión normal. No es necesario que sea exótico, superfluido o cualquier otro artilugio de Rube Goldberg.

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