¿Qué es la gravedad sin masa? Tanto las leyes revolucionarias de Newton que describen su efecto universal como la propuesta de Einstein de un espacio-tiempo con hoyuelos, hemos pensado que la gravedad está exclusivamente dentro del dominio de la materia.
Ahora, un nuevo y sorprendente estudio sugiere que la gravedad puede existir sin masa, eliminando convenientemente la necesidad de una de las sustancias más esquivas de nuestro Universo: la materia oscura. La materia oscura es una masa hipotética e invisible que se cree que constituye el 85% de la masa total del Universo. Originalmente ideada para explicar cómo las galaxias se mantienen unidas bajo rotación de alta velocidad, aún no se ha observado directamente, lo que ha llevado a los físicos a proponer todo tipo de ideas para evitar invocar este material esquivo como una forma de tapar los agujeros en las teorías actuales.
La última propuesta en ese sentido proviene del astrofísico Richard Lieu de la Universidad de Alabama en Huntsville, quien ha sugerido que en lugar de materia oscura que une galaxias y otros cuerpos, el Universo puede contener capas delgadas, parecidas a conchas, de “defectos topológicos” que dan lugar a la gravedad sin ninguna masa subyacente. Lieu empezó intentando encontrar otra solución a las ecuaciones de campo de Einstein, que relacionan la curvatura del espacio-tiempo con la presencia de materia en su interior.
Como describió Einstein en su teoría de la relatividad general de 1915, el espacio-tiempo se deforma alrededor de haces de materia y corrientes de radiación en el Universo, dependiendo de su energía y momento. Esa energía está, por supuesto, relacionada con la masa en la famosa ecuación de Einstein: E=mc2.
Entonces, la masa de un objeto está vinculada a su energía, que curva el espacio-tiempo, y esta curvatura del espacio-tiempo es lo que Einstein describió como gravedad, un nivel más sofisticado que la aproximación de Newton de la gravedad como fuerza entre dos objetos con masa en el siglo XVII. En otras palabras, la gravedad parece indisolublemente ligada a la masa. No es así, afirma Lieu.
En su trabajo, Lieu se propuso resolver una versión simplificada de las ecuaciones de campo de Einstein que permiten una fuerza de gravitación finita en ausencia de cualquier masa detectable. Dice que sus esfuerzos fueron “impulsados por mi frustración con el statu quo, es decir, la noción de la existencia de la materia oscura a pesar de la falta de evidencia directa durante todo un siglo”.
La solución de Lieu consiste en defectos topológicos en forma de concha que podrían ocurrir en regiones muy compactas del espacio con una densidad de materia muy alta.
Estos conjuntos de capas concéntricas contienen una fina capa de masa positiva escondida dentro de una capa exterior de masa negativa. Las dos masas se cancelan entre sí, por lo que la masa total de las dos capas es exactamente cero. Pero cuando una estrella se encuentra en esta capa, experimenta una gran fuerza gravitacional que la arrastra hacia el centro de la capa.
“El argumento de mi artículo es que al menos los proyectiles que postula no tienen masa”, dice Lieu. Si esas polémicas sugerencias tienen algún peso, “no hay necesidad de perpetuar esta búsqueda aparentemente interminable de materia oscura”, añade Lieu.
La siguiente pregunta, entonces, es cómo confirmar o refutar posiblemente los proyectiles que Lieu ha propuesto a través de observaciones.
“La creciente frecuencia de avistamientos de formación de galaxias en forma de anillos y capas en el Universo aporta evidencia del tipo de fuente que se propone aquí”, escribe Lieu en su artículo. Aunque admite que la solución que propone es “muy sugerente” y no puede por sí sola 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 [matemática] de que la gravedad puede existir sin masa”.
El estudio ha sido publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Fuente: Science Alert.
