Muros invisibles entre galaxias, 'simetrones' y una quinta fuerza desconocida, ¿qué está pasando en el Universo?

Una física totalmente nueva podría estar detrás de la extraña sincronización de las galaxias satélite alrededor de la Vía Láctea y Andrómeda

Andrómeda, junto a algunas de sus galaxias satélite NASA / JPL-Caltech

02/06/2022
Actualizado a las 09:46h.

Los cosmólogos llevan años enfrentándose a un problema singular. Algo que, a la luz de las teorías actuales, simplemente no tiene sentido: las pequeñas galaxias satélite que orbitan alrededor de la Vía Láctea (y de otras galaxias vecinas, como Andrómeda o ... Centaurus A ) están incomprensiblemente 'sincronizadas', todas alineadas y formando delgados discos planos, como sucede con los anillos de Saturno , en lugar de distribuirse en órbitas desordenadas alrededor de nuestra galaxia, tal y como predice el modelo estándar de la Cosmología, también llamado ' modelo de Materia Oscura Fría Lambda ' (ΛCDM por sus siglas en inglés), la teoría que los astrónomos usan para comprender el Universo en que vivimos.

Ante la imposibilidad de hacer encajar la teoría con las observaciones, Aneesh Naik y Clare Burrage , investigadores de la Universidad de Nottingham, han propuesto la existencia de una 'quinta fuerza' que se sumaría a las cuatro conocidas (electromagnetismo, gravedad y fuerzas nucleares fuerte y débil) y que estaría actuando en el espacio sin que hasta ahora nos hallamos dado cuenta de ello.

En un artículo aparecido hace unos días en el servidor de prepublicaciones ' arXiv ', Naik y Burrage proponen que esta quinta fuerza, mediada por una hipotética partícula llamada 'simetrón', sería capaz de hacer que las pequeñas galaxias satélite se ajusten a lo largo de 'muros invisibles' o 'de dominio' y sigan órbitas extrañas alrededor de las más grandes, desafiando así al modelo ΛCDM.

Varias explicaciones han sido propuestas hasta ahora para solucionar el llamado ' problema del disco satelital ', pero la que ofrece el equipo de Nottingham es la primera que contempla una 'nueva física' para explicar el fenómeno. En su artículo, los investigadores apuntan que el modelo ΛCDM es «un paradigma tremendamente exitoso, que da cuenta de una miríada de observaciones independientes en diferentes escalas», pero «los problemas empiezan a surgir cuando uno se acerca a escalas más pequeñas, de galaxias individuales y sus satélites».

Una solución radical

Estudios anteriores trataron de solucionar el problema recurriendo a una supuesta influencia de la ' red cósmica ', la gigantesca superestructura similar a una tela de araña en la que ríos de galaxias (los hilos de la telaraña) convergen en nodos más densos dando forma al Universo. Otros sostienen que la extraña alineación de las galaxias satélite podría ser una 'característica local' que solo se da en las galaxias de nuestra región y no en todo el Universo.

Pero la solución propuesta por Naik y Burrage es mucho más radical. Un tipo aún no detectado de partículas, los ' simetrones ' podrían estar generando una fuerza hasta ahora desconocida y capaz de crear muros invisibles en el espacio. Los simetrones son una de las muchas partículas propuestas por los físicos para ayudar a explicar la existencia de la materia y la energía oscuras, dos elementos cuya naturaleza desconocemos y que, juntos, suponen ni más ni menos que el 95% de la masa total del Universo.

Teóricamente, los simetrones habrían sufrido varias 'rupturas de simetría' a lo largo de la dilatada historia del Universo (13.800 millones de años). Lo cual significa que a medida que el Universo se expande y, en consecuencia, se vuelve menos denso, estas partículas pasarán un umbral de densidad que hará que cambien su estado de mínima energía (cero) a otro valor aleatorio, ya sea positivo o negativo.

«Dado que el Universo no es uniforme -explica Naik a 'Vice' - habrá diferentes regiones de baja densidad que están causalmente desconectadas, por lo que esta ruptura de simetría en realidad no ocurre en todas partes del Universo al mismo tiempo. Más bien, lo que sucederá es que ciertos lugares del Universo alcanzarán primero ese umbral de densidad, y el simetrón dejará su valor cero en esa región, y luego en una región diferente y causalmente desconectada, esa ruptura de simetría ocurrirá de manera completamente independiente».

Una 'espuma de dominios'

Según el estudio, hay un 50% de posibilidades de que diferentes regiones del Universo adopten valores distintos para sus simetrías. «Eventualmente -prosigue Naik- llegas a un punto en el que estos dominios se han expandido y expandido hasta que lo que tienes es una especie de espuma de dominios vecinos con soluciones simétricas positivas y negativas. Los muros que separan estos dominios con diferentes soluciones son los muros de dominio».

En una serie de simulaciones, Naik y Burrage lograron demostrar que las interacciones a lo largo de estos muros invisibles podrían llevar a las galaxias satélite a distribuirse en esos inesperados discos planos que se observan alrededor de las grandes galaxias cercanas. Aunque para estar seguros, añaden, será necesaria mucha más investigación.

Por ejemplo, las actuales simulaciones no dicen si esos hipotéticos muros serían lo suficientemente estables como para atravesar estructuras tan grandes como la Vía Láctea o Andrómeda. Por lo tanto, habrá que hacer nuevas y más complejas simulaciones que comiencen en el origen mismo del Universo y simulen la formación de nuestro Grupo Local de galaxias. «Solo entonces -concluye Naik- podremos ver si realmente es natural que se formen esos muros de dominio en nuestro Grupo Local, y si eso causa que se formen esos planos» en las órbitas de las galaxias satélites.

Si así fuera, el nuevo estudio podría inspirar nuevas adiciones al modelo ΛCDM, o incluso ser el primer paso para desecharlo por completo. Despuès de todo, el 'problema del disco satelital' no es el único que acecha al modelo estándar de la Cosmología, y si realmente queremos comprender mejor el Universo en que vivimos, no habrá más remedio que profundizar en todos los puntos en que el modelo falla en la escala galáctica.