La ley clásica de la gravitación de Isaac Newton tiene un límite y pierde su validez en sistemas de bajísima aceleración, concluyeron académicos del Instituto de Astronomía (IA) de la Universidad Nacional Autónoma de México.

En una investigación sobre las estrellas binarias, los universitarios hallaron que la separación entre astros es muy grande a esos niveles, por lo que sus velocidades relativas no cumplen con los pronósticos de la ley de Newton. El estudio se publicó en la revista internacional European Physics Journal.

Los investigadores Xavier Hernández y Christine Allen, junto con la alumna de doctorado Alejandra Jiménez, del IA, analizaron dos catálogos de estrellas binarias donde la separación entre los dos astros es muy grande (por ello se llaman binarias abiertas), y encontraron que sus velocidades relativas no cumplen con lo pronosticado.

Hasta ahora, las inconsistencias entre la predicción de la ley y los fenómenos observados sólo habían sido detectados a escalas galácticas y extragalácticas, donde se observa, entre otras cosas, que el movimiento de rotación de las galaxias es correspondiente a una fuerza gravitacional mayor que la producida por la materia visible.

Por más de 30 años se ha pretendido explicar las inconsistencias mediante la hipótesis de la materia oscura, que no se observa, pero que generaría suficiente fuerza gravitacional para mantener unidos sistemas muy masivos como las galaxias.

Hernández se propuso analizar un caso a escala estelar, donde la hipótesis de la materia oscura no tiene entrada: el caso de las estrellas binarias abiertas que giran en torno al centro de gravedad del par.

Para su investigación, seleccionó el catálogo SLoWPoKES, hecho con datos del telescopio Sloan, que contiene más de mil 200 pares de binarias abiertas con sus velocidades, distancias y separaciones angulares. Graficó sus separaciones contra sus velocidades relativas y encontró clara discrepancia con la predicción clásica de Newton, se dio a conocer en una ficha informativa del IA.

Las estrellas seleccionadas están separadas por distancias entre mil y un millón de unidades astronómicas (UA), equivalente a la separación entre el Sol y el cinturón de Kuiper disperso que rodea el Sistema Solar.

Hernández no sólo encontró que el punto en que la predicción clásica y la observación divergente corresponde a la aceleración de Milgrom, sino que las estrellas sujetas a baja aceleración mantienen, a partir de dicho punto, velocidad orbital constante.

Christine Allen, decana del IA y experta en estrellas binarias, verificó la validez del catálogo; Alejandra Jiménez estuvo a cargo de los cálculos. Para descartar un error sistemático en su análisis, la investigadora buscó otro catálogo independiente, el de estrellas realizado por el satélite astrométrico Hiparcos, que contiene velocidades y paralajes de más de 2.5 millones de estrellas con un error mucho menor al catálogo SLoWPoKES.

Al analizar estas nuevas binarias, Hernández encontró el mismo comportamiento: la velocidad orbital entre cuerpos sujetos a aceleraciones menores a la de Milgrom se mantiene constante conforme la distancia aumenta. Implica también que dos de las leyes de Kepler no son válidas en estos ámbitos: las órbitas ya no son elípticas y el periodo orbital se vuelve proporcional al radio de la órbita.

Así como la precisión del perihelio de Mercurio marcó el límite de validez de la gravitación de Newton a escalas de velocidad en las que ésta deja de ser despreciable con respecto a la de la luz, este descubrimiento señala el límite de validez de la gravitación newtoniana a escalas de aceleración menores a a0.

El artículo puede consultarse en la página electrónica arxiv.org/abs/1105.1873.