Un modelo cosmológico: el doble bang. (p.2)
VLS: La estructura muy grande del universo.
...Como muestran nuestros trabajos, la evolución conjunta de los dos universos no es idéntica. El universo fantasma tiene una mayor densidad de masa r* y una mayor temperatura T*. Decidimos estudiar las inestabilidades gravitatorias conjuntas en tal mezcla, donde, recordamos:
-
m atrae a m (ley de Newton)
-
m* atrae a m* (ley de Newton)
-
m y m* se repelen mutuamente (ley "anti-Newton").
Unas palabras sobre la inestabilidad gravitatoria (inestabilidad de Jeans).
...Tomemos una sola población, un conjunto de masas m. Este medio tiene una densidad de masa r. También posee una velocidad térmica (media) Vth.
...Supongamos que en algún lugar tenemos una porción de espacio, cuya extensión característica es f, donde la densidad es mayor. Véase la figura (147).
(147)
...La velocidad térmica tiende a disipar esta concentración de masa y el correspondiente tiempo de dispersión característico es:
(148)
...Imaginemos ahora que esta velocidad térmica es cero. Este grumo tiende a colapsar. Se puede calcular el tiempo de colapso característico:
(149)
...Por otra parte, cualquier grumo tiende a atraer la materia circundante y a crecer. Esta perturbación crecerá si el tiempo de acreción característico (tiempo de colapso característico) es menor que el tiempo de dispersión:
(150)
Encontramos una longitud característica:
(150-a)
llamada longitud de Jeans.
...Cualquier concentración de masa cuya extensión sea mayor que esta longitud de Jeans característica crecerá y formará grumos. Las menores se disiparán.
...Cuando se forma un grumo de materia, este se calienta, lo que eleva la fuerza de presión interna. Finalmente, la presión interna detiene el proceso.
...Uno podría pensar que la inestabilidad gravitatoria, la inestabilidad de Jeans, forma galaxias, estrellas, etc. Pero esto no es tan simple. Por ejemplo, en el Modelo Estándar, cuando t < 500.000 años, la temperatura de la mezcla de materia y radiación es superior a 3000°K. Entonces la materia (75 % de hidrógeno, 25 % de helio) está totalmente ionizada.
...La radiación, las ondas electromagnéticas, atraviesan los gases ionizados con gran dificultad. Cuando un astronauta está en el proceso de reentrada, su nave espacial está rodeada por gas caliente totalmente ionizado durante varios minutos. Entonces no es posible ninguna radiocomunicación, pues las ondas electromagnéticas no pueden atravesar la capa de gas ionizado que rodea su nave.
...Un rayo de luz es una onda electromagnética. Actúa sobre los electrones libres, no sobre los electrones ligados. Un gas ionizado contiene muchos electrones libres. Un gas neutro, ninguno. Por eso, cuando el Universo está caliente, ionizado, la radiación y la materia están fuertemente acopladas.
...En la materia, la temperatura absoluta Tm es la medida de la velocidad térmica:
(150-b)
donde k es la constante de Boltzmann (k = 1,38 10-23).
Cuando:
-
La materia y la radiación están estrechamente acopladas
-
La radiación domina (Modelo Estándar t < 500.000 años)
entonces:
(150c)
pero:
(150d)
La longitud de Jeans obedece a:
(150-e)
...La última corresponde al requisito de conservación de la masa, durante el proceso de expansión R(t). Vemos que la longitud de Jeans varía como R(t). Así, cuanto más joven es el universo, menor es el tamaño de los grumos que tenderían a formarse.
...Cuando t < 500.000 años, la radiación impide que se formen los grumos. Pero, inmediatamente después del desacoplamiento, pueden formarse grumos de materia. Calculemos su masa. Es:
(150-f)
...es decir: 100.000 masas solares (la masa típica de un cúmulo globular).
...Según este esquema, los cúmulos globulares se formarían primero, justo después del desacoplamiento. Las galaxias, consideradas como conjuntos de tales cúmulos, aparecerían después, y así sucesivamente...
...Pero todo esto ocurre en un universo en rápida expansión. No sabemos cómo calcularlo, cómo describir la inestabilidad gravitatoria en un universo en expansión. Además, no sabemos cómo definir la ley de Newton en un universo en expansión.
...Como conclusión, tenemos varios esquemas para el nacimiento de las galaxias. Algunos creen que las estrellas se forman primero, y luego las galaxias. Otros tienen la opinión inversa...
...Siguiendo esta idea general de estructura jerárquica, la gente pensaba que, si las galaxias se organizaban en cúmulos de galaxias (Coma, Virgo), a mayor escala estos cúmulos deberían pertenecer a algún supercúmulo. Pero las observaciones (1977) revelaron una estructura completamente diferente. Véase la figura (151):
(151)
...Las galaxias estaban dispuestas alrededor de grandes vacíos (típicamente de 100 años luz de tamaño). A una escala muy grande (VLS), el universo parece un conjunto de burbujas de jabón. Los cúmulos de galaxias corresponden a los puntos de intersección de tres "pliegues". Véase la figura (152).
...Hoy en día, todavía es difícil explicar tales estructuras. Siguiendo la idea inicial del ruso Zel'dovitch, Mellot llevó a cabo simulaciones numéricas en 3D. Pero las celdas obtenidas no eran estables en el tiempo. Desaparecen rápidamente, salvo que se estabilice el sistema con una distribución ad hoc de materia oscura fría.
...El modelo de materia-materia fantasma repulsiva da una interpretación alternativa del fenómeno. Véase nuestro artículo:
J.P.Petit, P.Midy y F.Landsheat: Astrofísica de la materia y la materia fantasma. 5: Resultados de simulaciones numéricas en 2D. VLS. Acerca de un posible esquema para la formación de galaxias. Geometrical Physics A, 8, 1998.
