Supercomputadores muestra como la "teoría del camaleón" podría cambiar nuestra forma de pensar acerca de la gravedad

Imágenes generadas por computadora que muestran una galaxia de disco a partir de una simulación de gravedad modificada. Las imágenes muestran (lado derecho de la imagen, en color rojo-azul) la densidad del gas dentro del disco de la galaxia con las estrellas mostradas como puntos brillantes. El lado izquierdo de las imágenes muestra los cambios de fuerza en el gas dentro del disco, donde las regiones centrales oscuras corresponden a las fuerzas estándar, de tipo Relatividad General y las regiones amarillas brillantes corresponden a fuerzas mejoradas (fuerzas modificadas). Las imágenes muestran vistas de la galaxia simulada desde arriba y hacia los lados. Crédito: Christian Arnold / Baojiu Li / Universidad de Durham.

Las simulaciones por supercomputadoras de galaxias han demostrado que la teoría de la Relatividad General de Einstein podría no ser la única forma de explicar cómo funciona la gravedad o cómo se forman las galaxias. 

Físicos de la Universidad de Durham en el Reino Unido, simularon el cosmos utilizando un modelo alternativo para la gravedad - gravedad (f), llamada “teoría del camaleón”. 

Las imágenes resultantes producidas por la simulación muestran que galaxias como nuestra Vía Láctea aún podrían formarse en el universo incluso con diferentes leyes de la gravedad. 

Los hallazgos muestran la viabilidad de la teoría del camaleón, llamada así porque cambia el comportamiento de acuerdo con el entorno, como una alternativa a la relatividad general para explicar la formación de estructuras en el universo. 

La investigación también podría ayudar a comprender mejor la energía oscura, la misteriosa sustancia que acelera la velocidad de expansión del universo. 

Los hallazgos se publicarón en Nature Astronomy. 

La relatividad general fue desarrollada por Albert Einstein a principios del siglo XX para explicar el efecto gravitatorio de los grandes objetos en el espacio, por ejemplo, para explicar la órbita de Mercurio en el sistema solar. 

Es la base de la cosmología moderna, pero también desempeña un papel en la vida cotidiana, por ejemplo, al calcular las posiciones de GPS en los teléfonos inteligentes. 

Los científicos ya saben, a partir de los cálculos teóricos, que la teoría del camaleón puede reproducir el éxito de la relatividad general en el sistema solar. 

El equipo de Durham ahora ha demostrado que esta teoría permite que se formen galaxias realistas como nuestra Vía Láctea y se puede distinguir de la Relatividad General en escalas cosmológicas muy grandes. 

El coautor principal de la investigación, el Dr. Christian Arnold, en el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, dijo: "La teoría del camaleón permite que se modifiquen las leyes de la gravedad para que podamos probar el efecto de los cambios en la gravedad en la formación de galaxias. 

Las imágenes generadas por computadora que muestran una galaxia de disco a partir de una simulación de gravedad modificada están disponibles. Las imágenes muestran (lado derecho de la imagen, en color rojo-azul) la densidad del gas dentro del disco de la galaxia con las estrellas como puntos brillantes. El lado izquierdo de las imágenes muestra los cambios de fuerza en el gas dentro del disco, donde las regiones centrales oscuras corresponden a las fuerzas estándar, de tipo Relatividad General y las regiones amarillas brillantes corresponden a fuerzas mejoradas (fuerzas modificadas). Las imágenes muestran vistas de la galaxia simulada desde arriba y hacia los lados. Crédito: Christian Arnold / Baojiu Li / Universidad de Durham.

"A través de nuestras simulaciones, hemos demostrado por primera vez que incluso si cambias la gravedad, no evitará que se formen galaxias de disco con brazos en espiral. 

"Nuestra investigación definitivamente no significa que la Relatividad General sea incorrecta, pero muestra que no tiene que ser la única forma de explicar el papel de la gravedad en la evolución del universo". 

Los investigadores observaron la interacción entre la gravedad en la Teoría del camaleón y los agujeros negros supermasivos que se ubican en el centro de las galaxias. 

Los agujeros negros desempeñan un papel clave en la formación de galaxias porque el calor y el material que expulsan al tragar la materia circundante pueden quemar el gas necesario para formar estrellas, lo que detiene la formación de estrellas. 

La cantidad de calor expulsado por los agujeros negros se altera al cambiar la gravedad, lo que afecta la forma en que se forman las galaxias. 

Sin embargo, las nuevas simulaciones mostraron que incluso teniendo en cuenta el cambio en la gravedad causado por la aplicación de la teoría de camaleón, todavía se podían formar galaxias. 

La relatividad general también tiene consecuencias para comprender la expansión acelerada del universo. 

Los científicos creen que esta expansión está siendo impulsada por la energía oscura y los investigadores de Durham dicen que sus hallazgos podrían ser un pequeño paso para explicar las propiedades de esta sustancia. 

El coautor principal de la investigación, el profesor Baojiu Li, del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, dijo: "En la Relatividad General, los científicos explican la expansión acelerada del universo al introducir una forma misteriosa de materia llamada energía oscura, la forma más simple de la cual Puede ser una constante cosmológica, cuya densidad es una constante en el espacio y el tiempo. 

"Sin embargo, las alternativas a una constante cosmológica que explica la expansión acelerada modificando la ley de la gravedad, como la gravedad F (R), también se consideran ampliamente dado lo poco que se sabe sobre la energía oscura". 

Los investigadores de Durham esperan que sus hallazgos se puedan probar a través de observaciones utilizando el telescopio Square Kilometer Array (SKA), con sede en Australia y Sudáfrica, que comenzará las observaciones en 2020. 

SKA será el radiotelescopio más grande del mundo y pretende desafiar la teoría de la relatividad general de Einstein, observar cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias después del Big Bang y ayudar a los científicos a comprender la naturaleza o la energía oscura. 

Fuente: Universidad de Durham,