El modelo ΛCDM predice la idea MOND y la relación MDAR en galaxias masivas

dibujo20161221-mdar-mcgaugh-lcdm-total-acceleration-profile-gtot-versus-the-acceleration-gbar-arxiv-1612-06329¿Por qué aún sobrevive la idea MOND de Milgrom (1983) a pesar de las evidencias en su contra? La razón es que la idea MOND es una consecuencia del modelo cosmológico ΛCDM aplicado a las galaxias de mayor masa. Así nos lo aclaran Julio F. Navarro (Univ. Victoria, Canadá) y varios colegas. Por supuesto, esto ya se sabe desde hace 20 años, pero quizás no viene nada mal que lo recordemos ahora que está de moda la correlación de McGaugh-Lelli-Schombert en galaxias (LCMF), también llamada relación entre la masa y la aceleración discrepante (MDAR).

La relación MDAR entre la aceleración centrípeta y la distribución de masa bariónica en la galaxia tiene su origen en la relación entre la materia bariónica en el centro del halo galáctico y la materia oscura en dicho halo necesaria para que se forme la galaxia. En el halo galáctico las aceleraciones de las estrellas se encuentran entre un mínimo, amin ~ 10−11 m/s², y un máximo, a0 ~ 10−10 m/s². Ambos valores son casi constantes, de ahí que funcione tan bien la idea MOND en la mayoría de las galaxias. Sin embargo, donde fallan MOND o MDAR, como en los cúmulos ricos en galaxias o en las galaxias de luminosidad superficial muy baja, el modelo ΛCDM predice dicho fallo.

La relación MDAR es una predicción del modelo ΛCDM y evoluciona conforme las galaxias lo hacen. Así nos lo aclara el artículo de Julio F. Navarro, Alejandro Benítez-Llambay, …, Tom Theuns, “The origin of the mass discrepancy-acceleration relation in ΛCDM,” arXiv:1612.06329 [astro-ph.GA]. El nuevo artículo extiende resultados previos de Frank C. van den Bosch, Julianne J. Dalcanton, “Semianalytical Models for the Formation of Disk Galaxies. II. Dark Matter versus Modified Newtonian Dynamics,” The Astrophysical Journal 534: 146 (2000), doi: 10.1086/308750.

[PS 30 Dic 2016] Paolo Salucci, “Dark Matter Strikes Back,” arXiv:1612.08857 [astro-ph.GA].

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En las galaxias espirales las leyes de Newton describen el comportamiento de las estrellas en el disco galáctico, que está dominado por materia bariónica. Sin embargo, lejos del disco, donde no hay materia bariónica, las curvas de rotación galáctica se desvían de las predicciones newtonianas. Para explicar esta desviación hay dos opciones sencillas: una es que existe materia no bariónica, la materia oscura de Rubin (1978) incorporada al modelo cosmológico de consenso ΛCDM, y la otra es que las leyes de Newton han de ser modificadas, como afirma la idea MOND de Milgrom (1983), que introduce una aceleración mínima a0 ~ 10−10 m/s²; en la idea MOND ningún cuerpo puede tener una aceleración inferior a esta aceleración mínima.

La distribución de masa de una galaxia se puede separar en la masa estelar Mstr (dominada por la materia bariónica) y en la masa total según el teorema virial a una distancia fija M200 (que está dominada por la materia oscura del halo galáctico); la distancia se elige para que corresponda al radio de una esfera que contenga una densidad media de masa igual a 200 veces la densidad crítica cosmológica para que el universo sea cerrado. Los parámetros Mstr y M200 no son independientes y están relacionados por el modo en que evolucionan las galaxias en el marco del modelo ΛCDM. La figura de arriba muestra dicha relación según las simulaciones cosmológicos hidrodinámicas EAGLE y APOSTOL (se muestra en la parte izquierda de la figura como AP-L1, AP-L2 y EAGLE-L25). El resultado está en buen acuerdo con las observaciones para las galaxias más masivas hasta en cuatro órdenes de magnitud (como se muestra en la parte derecha de la figura para SPARC).

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La evolución galáctica según el modelo ΛCDM predice un perfil para la aceleración de las estrellas en el disco y el halo de una galaxia llamado de Navarro–Frenk–White (NFW). Este perfil radial de la aceleración gtot(r), se puede separar en una componente bariónica, gbar(r) y otra oscura, gdm(r). La aceleración alcanza un pico máximo varía muy poco (solo en un factor de ~ 4) incluso para galaxias con gran variación de masa (hasta 4 órdenes de magnitud). Como resultado se observa la relación MDAR entre gtot(r) y gbar(r), y una aceleración máxima en el halo casi constante e igual a a0 ~ 10−10 m/s² (hipótesis MOND). Ambos hechos son predicciones de los modelos de evolución galáctica en el marco del modelo cosmológico ΛCDM.

En resumen, el nuevo artículo de Navarro y sus colegas le da un duro varapalo a quienes opinan que la hipótesis MOND y la relación MDAR exigen una modificación de la ley de la gravitación (o de las leyes de Newton a escala galáctica). Que la hipótesis MOND siga viva y coleando es una señal de la robustez del modelo ΛCDM. La existencia de la materia oscura queda reforzada gracias a la relación MDAR. No te dejes engañar por quienes opinan lo contrario.


7 Comentarios

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PelauPelau

El susto que me llevé con ese título no tiene nombre :)

Off topic: ¿Alguna opinión acerca del culebrón chino? Que sí, que no, que no al no pues ahora mismo estamos probando un EmDrive en órbita…

PelauPelau

Que el culebrón es mediático no cabe duda. Pero como tú estás mucho mejor informado, mi pregunta era, justamente, qué grado de “credibilidad” se le puede dar a esta nueva arremetida mediática.

A ver, que los medios empiecen a vocear a los cuatro vientos que gracias a una “fuente anónima” se han enterado de que la CAST “está probando un prototipo de EmDrive en la Tiangong-2″ y que “piensan aplicarlo cuanto antes a sus nuevos satélites”… en fin, lo usual.

A mí lo que me extraña es que la CAST no haya salido de inmediato a desmentir esos rumores. ¿Lo hizo y no me enteré? Por ahí iba mi pregunta.

Muchas gracias, como siempre. Saludos.

PelauPelau

¿Toda publicidad es buena publicidad? :)
Pues sí. No más coba. Saludos.

U-95U-95

La última noticia que tengo es que se han retractado y no funciona, como era de esperar -una lastima, pero cabe preguntarse si era cierto porque nadie detectó antes algo-.

TeoricoTeorico

Atención: El modelo de Lambda CDM no predice ningún perfil galáctico de distribución de materia oscura. Los perfiles de distribución, tales como NFW, Einasto, Burkert etc son modelos de distribución de materia oscura puestos a mano en función de si se entiende que la distribución es más cuspy (pica más en el centro de la galaxia) o más cored (más homogénea). Como la astrofísica tiene barras de error muy grandes es prácticamente una cuestión de gusto tomar uno u otro perfil.

En la actualidad existe un pequeño debate acerca de si cusp o core a cuenta de la falta de observación de galaxias satélite enanas (que favorecería a los perfiles cored) predichas por Lambda CDM. Pero en realidad es difícil decir nada puesto que podría tratarse de cuestiones técnicas de observación (Fermi amplia cada vez más su catálogo) o de que tales galaxias enanas estuvieran hechas sólo de materia oscura y entonces hubiera que usar lensing para observar o que quizá Lambda-CDM tenga que ser corregido (algo más parecido a WDM) o que materia oscura sea un poco especial y tenga autointeracciones o … (decenas de posibilidades). Sin embargo nada de esto tiene que ver con que Lambda-CDM prediga uno u otro perfil de distribución de materia oscura en el halo galáctico.

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