El modelo estándar de cosmología describe cómo llegó a existir el universo en opinión de la mayoría de los físicos. Investigadores de la Universidad de Bonn ahora han estudiado la evolución de las galaxias dentro de este modelo, encontrando discrepancias considerables con las observaciones reales. La Universidad de St. Andrews en Escocia y la Universidad Charles en la República Checa también participaron en el estudio. Los resultados acaban de publicarse en el Diario astrofísico.

La mayoría de las galaxias visibles desde la Tierra parecen un disco plano con un centro engrosado. Por lo tanto, son similares al equipamiento deportivo de un lanzador de disco. Sin embargo, de acuerdo con el modelo estándar de cosmología, tales discos deberían formarse muy raramente. es porque en el modelo, cada galaxia está rodeada por un halo de materia oscura. Este halo es invisible, pero ejerce una fuerte atracción gravitacional sobre las galaxias cercanas debido a su masa. «Es por eso que seguimos viendo galaxias fusionándose entre sí en el universo modelo», dice el profesor Dr. Pavel Kroupa del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn.

Este choque tiene dos efectos, explica el físico: “Primero, las galaxias entran en el proceso, destruyendo la forma del disco. Segundo, reduce el momento angular de la nueva galaxia creada por la fusión”. En pocas palabras, esto reduce drásticamente su velocidad de rotación. El movimiento de rotación normalmente asegura que las fuerzas centrífugas que actúan durante este proceso provoquen la formación de un nuevo disco. Sin embargo, si el momento angular es demasiado pequeño, no se formará un nuevo disco.

Gran brecha entre la predicción y la realidad

En el estudio actual, el estudiante de doctorado de Kroupa, Moritz Haslbauer, dirigió un grupo de investigación internacional para estudiar la evolución del universo utilizando las últimas simulaciones de supercomputadoras. Los cálculos se basan en el modelo estándar de cosmología; muestran qué galaxias deberían haberse formado hoy si esta teoría fuera correcta. Luego, los investigadores compararon sus resultados con lo que actualmente es probablemente la información de observación más precisa del Universo real visible desde la Tierra.

«Aquí encontramos una discrepancia significativa entre la predicción y la realidad», dice Haslbauer: «Aparentemente hay muchas más galaxias de disco plano de las que pueden explicarse mediante la teoría». Sin embargo, la resolución de las simulaciones es limitada incluso en las supercomputadoras actuales. Entonces, la cantidad de galaxias de disco que se formarían en el modelo estándar de cosmología puede haber sido subestimada. «Sin embargo, incluso si tenemos en cuenta este efecto, sigue existiendo una diferencia importante entre la teoría y la observación que no se puede corregir», señala Haslbauer.

La situación es diferente para una alternativa al modelo estándar, que prescinde de la materia oscura. De acuerdo con la llamada teoría MOND (el acrónimo significa «MilgrOmiaN Dynamics»), las galaxias no crecen fusionándose entre sí. En cambio, se forman a partir de nubes giratorias de gas que se condensan cada vez más. En un universo MOND, las galaxias también crecen absorbiendo gas de su entorno. Sin embargo, las fusiones de galaxias adultas son raras en el MUNDO. «Nuestro grupo de investigación en Bonn y Praga ha desarrollado de manera única los métodos para realizar cálculos en esta teoría alternativa», dice Kroupa, quien también es miembro de las unidades de investigación transdisciplinarias «Modelado» y «Materia» de la Universidad de Bonn. «Las predicciones de MOND son consistentes con lo que realmente estamos viendo».

Desafío para el modelo estándar

Sin embargo, los mecanismos exactos del crecimiento de las galaxias aún no se comprenden completamente, incluso con MOND. Además, en MOND, las leyes de la gravedad de Newton no se aplican en determinadas circunstancias, sino que deben sustituirse por las correctas. Esto tendría consecuencias de largo alcance para otras áreas de la física. “Sin embargo, la teoría MOND resuelve todos los problemas cosmológicos extragalácticos conocidos, aunque originalmente fue formulada para resolver galaxias solo”, dice el Dr. Indranil Banik, quien participó en esta investigación. “Nuestro estudio demuestra que los jóvenes físicos de hoy todavía tienen la oportunidad de hacer contribuciones significativas a la física fundamental”, agrega Kroupa.