Un estudio reciente de SISSA ofrece un nuevo modelo de interacción no local entre la materia oscura de una galaxia y la gravedad.

Isaac Newton describió su teoría de la gravedad como una fuerza que actúa instantáneamente en el espacio: un planeta siente inmediatamente los efectos de otro objeto astronómico, independientemente de la distancia entre ellos. Este aspecto inspiró a Einstein a crear la famosa teoría de la relatividad general, en la que la gravedad se convierte en una deformación local del espacio-tiempo.

El principio de localidad establece que un objeto está directamente influenciado sólo por su entorno: los objetos distantes no pueden comunicarse instantáneamente, sólo cuenta lo que está aquí y ahora. Sin embargo, en el siglo pasado, con el nacimiento y desarrollo de la mecánica cuántica, los físicos descubrieron que los fenómenos no locales no sólo existen sino que son fundamentales para comprender la naturaleza de la realidad.

Ahora, un nuevo estudio de SISSA – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, publicado recientemente en EL Revista de Astrofísica, sugiere que la materia oscura, uno de los componentes más misteriosos del Universo, interactúa con la gravedad de forma no local. Según los autores, el Ph. Para los estudiantes Francesco Benetti y Giovanni Gandolfi, así como para su supervisor Andrea Lapi, este descubrimiento podría ofrecer una nueva perspectiva sobre la naturaleza aún poco clara de la materia oscura.

La materia oscura es un componente fundamental de la naturaleza: es responsable de la formación de las estructuras que hoy observamos en el Universo y rodea la materia luminosa de las galaxias, contribuyendo así al movimiento de las estrellas que vemos en el cielo. Sin embargo, la naturaleza de la materia oscura, incluida su interacción con la gravedad en las galaxias pequeñas, sigue siendo un misterio.

“Durante las últimas décadas, la comunidad científica ha hecho grandes esfuerzos para comprender estos enigmáticos fenómenos, pero muchas preguntas siguen sin respuesta. Para explorar la naturaleza de la materia oscura y su interacción con la gravedad, podría ser necesario un nuevo enfoque”, explican los autores del estudio. Una nueva investigación de SISSA ha explorado precisamente esta fascinante vía.

El estudio propone un nuevo modelo de interacción no local entre la materia oscura de una galaxia y la gravedad: «Es como si toda la materia del universo le dijera a la materia oscura de una galaxia cómo moverse», dicen los autores.

Para modelar esta no localidad se utilizó el cálculo fraccionario, una herramienta matemática desarrollada por primera vez en el siglo XVII y utilizada recientemente en diversos campos de la física. El poder de este cálculo nunca antes se había probado en astrofísica.

“Nos preguntamos si el cálculo fraccional podría ser la clave para comprender la misteriosa naturaleza de la materia oscura y su interacción con la gravedad y, sorprendentemente, los resultados experimentales en miles de galaxias de diferentes tipos mostraron que el nuevo modelo describe con mayor precisión el movimiento de las estrellas que ese. de estrellas. a la teoría estándar de la gravedad”, explican los autores.

Esta no localidad parece surgir como un comportamiento colectivo de las partículas de materia oscura dentro de un sistema confinado, resultando particularmente relevante en galaxias pequeñas. Una comprensión más profunda de este fenómeno podría acercarnos a qué es realmente la materia oscura.

«Sin embargo, quedan muchas preguntas sin respuesta», señalan los autores. “¿Cómo surge exactamente la no localidad? ¿Cuáles son sus implicaciones dentro de estructuras más grandes, como los cúmulos de galaxias, o en el fenómeno de las lentes gravitacionales, que permiten observar objetos celestes distantes?

Además, será necesario reconsiderar el modelo estándar de cosmología considerando este nuevo mecanismo.

“Se realizarán más estudios para explorar todas estas implicaciones y más. No nos sorprendería descubrir que la no localidad recientemente propuesta podría responder a otras preguntas no resueltas sobre el Universo.

Los avances en la comprensión de la naturaleza de la materia oscura representan un paso importante hacia una mejor comprensión de nuestro Universo. Las investigaciones en curso continúan brindando nuevos conocimientos y acercándonos a una comprensión integral de los fenómenos que nos rodean.

Referencia: “Materia oscura en gravedad dividida. I. Pruebas astrofísicas a escala galáctica” por Francesco Benetti, Andrea Lapi, Giovanni Gandolfi, Paolo Salucci y Luigi Danese, 31 de mayo de 2023, La revista de astrofísica.
DOI: 10.3847/1538-4357/acc8ca