¿Son incorrectas las leyes de la gravedad de Newton?

El hallazgo no puede explicarse mediante suposiciones clásicas.

Un equipo internacional de astrofísicos ha hecho un descubrimiento desconcertante al analizar ciertos cúmulos estelares. El hallazgo desafía las leyes de la gravedad de Newton, escriben los investigadores en su publicación. En cambio, las observaciones son consistentes con las predicciones de una teoría alternativa de la gravedad. Sin embargo, esto es controvertido entre los expertos. Los resultados ahora se han publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. La Universidad de Bonn desempeñó un papel importante en el estudio.


En su trabajo, los investigadores investigaron los llamados cúmulos estelares abiertos, que son grupos débilmente unidos de unas pocas decenas a unos pocos cientos de estrellas que se encuentran en galaxias espirales e irregulares. Los cúmulos abiertos se forman cuando miles de estrellas nacen en poco tiempo en una enorme nube de gas. A medida que se "encienden", los recién llegados galácticos eliminan los restos de la nube de gas. En el proceso, el clúster se expande enormemente. Esto crea una formación suelta de varias docenas a varios miles de estrellas. El cúmulo se mantiene unido por las débiles fuerzas gravitatorias que actúan entre ellos.

“En la mayoría de los casos, los cúmulos estelares abiertos sobreviven solo unos cientos de millones de años antes de disolverse”, explica el Prof. Dr. Pavel Kroupa del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn. En el proceso, pierden regularmente estrellas, que se acumulan en las dos llamadas "colas de marea". Una de estas colas se tira detrás del cúmulo mientras viaja por el espacio. En cambio, el otro toma la iniciativa como punta de lanza.

“Según las leyes de la gravedad de Newton, es una cuestión de azar en cuál de las colas termina una estrella perdida”, explica el Dr. Jan Pflamm-Altenburg del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear. “Así que ambas colas deberían contener aproximadamente la misma cantidad de estrellas. Sin embargo, en nuestro trabajo pudimos probar por primera vez que esto no es cierto: en los cúmulos que estudiamos, la cola delantera siempre contiene significativamente más estrellas cercanas al cúmulo que la cola trasera”.

Desarrollan nuevo método para contar estrellas

De entre los millones de estrellas cercanas a un cúmulo, ha sido casi imposible determinar las que pertenecen a sus colas, hasta ahora. “Para hacer esto, debe observar la velocidad, la dirección del movimiento y la edad de cada uno de estos objetos”, explica la Dra. Tereza Jerabkova. La coautora del artículo, que hizo su doctorado en el grupo de Kroupa, se mudó recientemente de la Agencia Espacial Europea (ESA) al Observatorio Europeo Austral en Garching. Desarrolló un método que le permitió contar con precisión las estrellas en las colas por primera vez. “Hasta ahora, se han investigado cinco cúmulos abiertos cerca de nosotros, incluidos cuatro por nosotros”, dice ella. “Cuando analizamos todos los datos, encontramos la contradicción con la teoría actual. Los datos muy precisos de la encuesta de Misión espacial Gaia de la ESA eran indispensables para esto.”

Los datos observacionales, en cambio, encajan mucho mejor con una teoría que se conoce por las siglas MOND (“Dinámica Newtoniana MODificada”) entre expertos. “En pocas palabras, según MOND, las estrellas pueden salir de un cúmulo a través de dos puertas diferentes”, explica Kroupa. “Uno conduce a la cola de la marea trasera, el otro al frente. Sin embargo, el primero es mucho más angosto que el segundo, por lo que es menos probable que una estrella salga del cúmulo a través de él. La teoría de la gravedad de Newton, por otro lado, predice que ambas puertas deberían tener el mismo ancho”.

Los cúmulos de estrellas tienen una vida más corta de lo que predicen las leyes de Newton

El equipo de astrofísicos calculó la distribución estelar esperada según MOND. “Los resultados se corresponden sorprendentemente bien con las observaciones”, destaca el Dr. Ingo Thies, quien desempeñó un papel clave en las simulaciones correspondientes. “Sin embargo, tuvimos que recurrir a métodos computacionales relativamente simples para hacer esto. Actualmente carecemos de las herramientas matemáticas para análisis más detallados de la dinámica newtoniana modificada”. Sin embargo, las simulaciones también coincidieron con las observaciones en otro aspecto: predijeron cuánto tiempo deberían sobrevivir típicamente los cúmulos estelares abiertos. Y este lapso de tiempo es significativamente más corto de lo que cabría esperar según las leyes de Newton. “Esto explica un misterio que se conoce desde hace mucho tiempo”, señala Kroupa. "Es decir, los cúmulos de estrellas en las galaxias cercanas parecen estar desapareciendo más rápido de lo que deberían".

Sin embargo, la teoría MOND no es indiscutible entre los expertos. Dado que las leyes de la gravedad de Newton no serían válidas en determinadas circunstancias, sino que tendrían que modificarse, esto también tendría consecuencias de gran alcance para otras áreas de la física. “Por otra parte, resuelve muchos de los problemas a los que se enfrenta la cosmología en la actualidad”, explica Kroupa, quien también es miembro de las Áreas de Investigación Transdisciplinaria “Modelización” y “Materia” de la Universidad de Bonn. Los astrofísicos ahora están explorando nuevos métodos matemáticos para simulaciones aún más precisas. Luego podrían usarse para encontrar más evidencia sobre si la teoría MOND es correcta o no.

Referencia: “Colas de marea asimétricas de cúmulos estelares abiertos: las estrellas que cruzan el práh de su cúmulo desafían la gravitación newtoniana” por Pavel Kroupa, Tereza Jerabkova, Ingo Thies, Jan Pflamm-Altenburg, Benoit Famaey, Henri MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari, Timo Prusti , Christian Boily, Hosein Haghi, Xufen Wu, Jaroslav Haas, Akram Hasani Zonoozi, Guillaume Thomas, Ladislav Šubr y Sverre J Aarseth, 26 de octubre de 2022, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

Además de la Universidad de Bonn, el estudio involucró a la Universidad Charles de Praga, el Observatorio Europeo Austral (

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El estudio fue financiado por el Programa de Becas de la República Checa, el Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD), la organización de financiación francesa Agence nationale de la recherche (ANR) y el Consejo Europeo de Investigación ERC.