Materia Oscura: Mi hipótesis, que ahonda en la ruptura espontánea de simetría como modelo

¿Qué es la materia oscura?. ¿Por qué los modelos actuales no son capaces de describir correctamente lo observado?. La materia oscura es una anomalía astrofísica. Una anomalía es una discrepancia entre la teoría y la observación, lo cual en negativo, puede indicar tres cosas, que la teoría no es correcta, que no sea correcta la observación, o que no sean correctas ambas. Aquí supondremos que la observación es correcta, y lo que se observa es que la mayoría de las galaxias y cúmulos de galaxias giran alrededor de sus respectivos centros más rápido de lo esperado. O más exactamente, sus rotaciones se comportan como si fueran las de discos compactos rígidos, más que si fueran fluidos.

En este breve artículo explicaré qué es, en mi opinión, la materia oscura, cómo se forma, y qué efectos observables presenta.

Imaginemos una playa bastante grande y plana, llena de fina arena. Unos niños juegan en ella, y hacen un bonito castillo de arena.

El proceso por el que esos niños han construido el castillo de arena es simple: Primero amontonan arena, formando un buen montón de arena húmeda, que no se desmorone fácilmente. Evidentemente, la arena no la han traído de otro lugar, sino que es la arena que se encuentra en ese mismo sitio, pero amontonada en cierta cantidad. ¿Qué ocurre?. Pues ocurre que al amontonar arena, los niños han creado un pequeño foso alrededor del montón. La arena que hay de más en el montón es precisamente la que falta alrededor. Eso, que parece tan obvio, no son capaces de verlo los científicos y astrofísicos actuales. Estos sabios astrónomos se lían tanto con sus difíciles y engorrosas teorías que no son capaces de ver lo obvio, el bosque. Los árboles de su corta visión les impide ver el bosque. Y el bosque es simple. Cuando la gravedad amontona materia para la formación de una galaxia, no trae materia de muy lejos, sino que es precisamente la materia local la utilizada. Una galaxia no es más que un montón de arena en una playa casi infinita y muy plana. ¿Qué ocurre a ese montón de materia que llamamos una galaxia?. Pues ocurre que alrededor de ella queda un foso, un “anti-montón” de materia. ¿Qué significa eso?. Significa que si la media de densidad de materia entre estrellas de una galaxia es de 0.1 átomos de hidrógeno por centímetro cúbico, en uno de esos fosos gravitacionales el promedio será significativamente menor. Eso, traducido al terreno del potencial gravitatorio implica que existe realmente una modificación de la Ley de Gravitación Universal de Newton. Un típico potencial clásico (de Newton), es simplemente una ley del inverso de la distancia:

Pero, esa ley de gravitación no explica, en su sencillo potencial, el comportamiento anómalo de la rotación de las estrellas en las galaxias, ni de las galaxias en cúmulos. ¿Qué ocurre?. ¿Es la Ley de Gravitación Universal incorrecta?. El señor Einstein se apresuró hace más de cien años a decir que sí, que la Ley de Newton es incorrecta, que le perdonásemos a él, el señor Einstein, por enmendar a un gigante como Newton, al proponer su Relatividad General. Pero, resulta que la Relatividad General de Einstein tampoco es capaz de explicar, ni predecir esa anomalía que llamamos materia oscura. Aquí vamos a ver, por qué todo esto falla. Dejando a parte la Relatividad General, y usando sólo la aparentemente sencilla ley de gravitación de Newton, veremos cómo debe ser el potencial de un sistema galáctico, donde entran en juegos miles de millones de masas solares. El potencial Newtoniano indicado arriba, nos da una grafica en función de la masa M de la galaxia, y su distancia r al baricentro, como la siguiente:

La linea amarilla representa el nivel cero de potencial, el cual nunca se alcanza, ni siquiera en una distancia r infinita. Es decir, que todos los valores reales de potencial son negativos, para un potencial Newtoniano. Pero, ahora vamos a considerar el potencial modificado, de tal forma que esa función φ ya no será exactamente una ley del inverso de la distancia. Y su representación gráfica será algo más compleja:

Aquí vemos que parte de la curva ha traspasado la linea amarilla de potencial cero, para formar un “anti-montón”, un foso gravitacional, que tendrá un valle (concavidad) finito, pero que recupera su tendencia a aproximarse al potencial cero con la distancia. Eso significa que si la linea amarilla representa espacio donde la densidad de materia bariónica es en promedio 0.1 átomos de hidrógeno por centímetro cúbico, entonces la parte de la curva que está por encima de esa línea amarilla representa espacio donde la densidad de materia es menor a ese promedio. Esa es la materia oscura: vacío cósmico donde la densidad de materia bariónica es significativamente menor al valor promedio para el se que se define un potencial gravitatorio igual a cero.

Si ampliamos la escala de la gráfica del nuevo potencial, vemos que la curva vuelve a ser asintótica, pero ahora desde valores de potencial positivos, hacia la linea amarilla de potencial cero:

Podemos explicitar esa curva de potencial gravitatorio, como un potencial newtoniano modificado, y su función sería exactamente una Onda de Ricker:

Donde σ es la desviación media. Esto indica también, que este potencial gravitatorio está relacionado con la viscosidad newtoniana, ya que la onda de Ricker es una solución a las ecuaciones diferenciales de navier-stokes y que fue propuesta por Ricker en el año 1943.

Pero, ¿por qué este nuevo potencial gravitatorio puede explicar la anomalía de la materia oscura?. Lo explica por la sencilla razón de que no existen masas negativas. Las masas son siempre de un único signo, y siempre se atraen. Por lo tanto, al existir potencial por encima de la linea de potencial cero, esas zonas se comportan como si fueran masa extra, aunque sólo es vacío con densidad de materia muy por debajo del promedio que marca la linea amarilla. Lo cual significa que el vacío también atrae, como si fuera una masa. De hecho las masas tienden a atraerse porque existe un vació entre ellas que es mayor que el vacío exterior a ellas. Un gas se expande siempre hacia las zonas de menor densidad, nunca al contrario.

Pongamos ahora una masa de pruebas en la cúspide entre el foso y el potencial del sistema gravitatorio en cuestión. Esa masa quedará en equilibrio inestable, pudiendo caer hacia el baricentro del sistema o hacia el foso. En eso consiste la ruptura espontánea de simetría.

¿por qué algunas galaxias y cúmulos no presentan cantidades significativas de materia oscura, y otras sí, si parecen ser de tamaños muy parecidos?. Cuando una galaxia, o un cúmulo de galaxias, se forma muy lentamente, en comparación con el tiempo medio de formación, lo que llamamos materia oscura, y que aquí yo llamo foso gravitatorio, no llega a tener mucha significación. Si hablamos de foso diremos en ese caso que la profundidad del foso gravitatorio de una galaxia que se ha formado muy lentamente es poco profundo o inexistente. Esto indica, que a la inversa, esta hipótesis predice que la materia oscura se evapora. Un foso muy pronunciado, porque la galaxia se formó muy rápidamente, acabará deshaciéndose, porque la materia poco a poco se irá dispersando, cayendo hacia el foso, ya sea desde fuera del sistema o desde dentro.

¿Cuanto tiempo sería necesario para que una galaxia o un cúmulo de galaxias evaporara toda su materia oscura, o lo que es lo mismo, para que el foso gravitatorio se deshiciera?. Dependería de muchos factores, pero grosso modo, podemos decir que necesitaría el mismo tiempo que empleó para su formación.

Pongamos algún ejemplo. La galaxia NGC 1052-DF2 posee muy poca materia oscura o ninguna. Eso, según mi hipótesis, indica que es una galaxia muy antigua, con una edad aproximada del doble de la edad de las galaxias promedio de su tamaño y forma que sí muestran materia oscura.

Esa galaxia sería tan antigua, ya sea porque se formó muy lentamente, y por lo tanto no formó foso, o ya sea porque se formó en un tiempo estándar, como cualquier otra galaxia media, pero su foso se deshizo poco a poco al cabo de un tiempo aproximadamente igual al de su formación. En cualquiera de los dos casos, esa galaxia tiene doble edad que las galaxia que sí exhiben materia oscura.

Y hasta aquí llegó el post de hoy.

Saludos