univers gemelos

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...A continuación, un modelo didáctico destinado a ilustrar el fenómeno de las inestabilidades gravitacionales conjuntas. Imaginemos una especie de piscina. A mitad de altura, bajo el agua, colocaríamos una tela, horizontal, flexible, de peso despreciable. Encima colocaríamos bolas con cierto peso, que por tanto ejercerían una presión sobre la tela. Por encima, dispondríamos una cantidad igual de bolas de ping-pong, del mismo volumen. Estas, sensibles al empuje de Arquímedes, también ejercerían una presión sobre la tela, pero en sentido inverso. Podríamos incluso arreglarnos para que todas las bolas tuvieran el mismo diámetro.

...Si existe la misma distribución, uniforme, de bolas pesadas y bolas de ping-pong, a ambos lados, la resultante de las fuerzas ejercidas sobre la tela será nula en todos los puntos y esta permanecerá horizontal (la curvatura será nula). Pero el azar puede hacer que algunas bolas pesadas se agrupen en algún lugar. Entonces, crearán una depresión en la tela y, al hacerlo, empujarán las bolas de ping-pong más lejos. Esquemáticamente, al hacer una sección transversal, la superficie adoptará la forma siguiente:

**Las bolas pesadas se agrupan y hunden la tela.
**Empujan las bolas de ping-pong, que se agrupan alrededor.

...Intuitivamente, imaginamos que ambos fenómenos, lejos de oponerse, se conjugan. La presencia de este anillo de bolas en exceso alrededor de la depresión, intensifica su hundimiento, por lo tanto el "confinamiento" de estas bolas densas.

...La inestabilidad gravitacional podría evocarse con una sola población, colocando bolas pesadas sobre una colchoneta de espuma suficientemente flexible. Que algunas de ellas se agrupen por casualidad en algún lugar, crearán una depresión, en la que sus vecinas tenderán a caer. A esto se le llama un fenómeno de acreción.

...Si tomáramos una tela y colocáramos únicamente debajo bolas de ping-pong, este sistema también sería inestable. Que algunas bolas de ping-pong se agrupen en algún punto de la tela, atraerán a sus vecinas hacia ese lugar. Con este modelo de dos poblaciones, bolas pesadas y bolas de ping-pong, tenemos dos efectos conjugados, que evocan el fenómeno de las inestabilidades gravitacionales conjuntas. Este modelo también tiene la ventaja de ilustrar la simetría existente entre los dos sub-sistemas.

...Si volvemos al sistema de dos poblaciones, tendríamos lo siguiente:

Las bolas de ping-pong se agrupan y abultan la tela.
Ellas empujan las bolas pesadas hacia los alrededores.

...Así que hemos intentado probar esta idea partiendo de dos distribuciones:

• Materia fría, densidad r

• Materia fantasma de densidad r * @ 64 r, más caliente: La velocidad media de agitación térmica en el universo fantasma V*th es cuatro veces mayor que en el nuestro, parámetros derivados del estudio de las expansiones conjuntas de ambos universos, [ver en el sitio: Física Geométrica, 3, sección 3 y figura 5].

...Los cálculos se realizaron mediante simulaciones numéricas 2D con dos veces 5000 puntos-masa. Son solo indicativos. Sería necesario realizar cálculos en 3D y, para ello, poder gestionar un número mucho mayor de puntos-masa, algo que nuestro sistema no era capaz de hacer. Por tanto, no se deben tomar estos resultados 2D al pie de la letra.

...Cualitativamente, la materia fantasma dirige el juego. Da origen a conglomerados, bastante rápidamente (su tiempo de acreción, inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la densidad, es más corto). Estos conglomerados (clumps) empujan entonces nuestra propia materia al espacio residual, otorgándole así su configuración lacunar. Ver: J.P. Petit, P. Midy y F. Landsheat: Física astrofísica de materia fantasma. 5: Resultados de simulaciones numéricas 2D. VLS. Sobre un posible esquema para la formación de galaxias. [Ver en el sitio: Física Geométrica A, 8, 1998.]

Los dos superpuestos:

...El interés radica en que esta distribución se vuelve entonces estable. Los grumos de materia fantasma estabilizan la distribución lacunar de materia, y viceversa, esta la encierra en sus "mallas". Esto explicaría la gran estabilidad obtenida (del orden de la edad del universo). Las "mallas" de materia actuarían entonces como barreras de potencial frente a los elementos de materia fantasma, procedentes de los conglomerados y acelerados durante colisiones (en el sentido anglosajón de "encounter", es decir, interacción binaria entre dos puntos-masa de materia fantasma).

Nota (febrero 2000):

Todos estos resultados de cálculo datan de seis años. Cómo se pudo saber por quienes leyeron mis libros, todas estas simulaciones, muy interesantes y prometedoras, se hicieron en 1993-1994, primero por mi colega y amigo Pierre Midy, en un "viejo Cray", luego por "Fred", un joven investigador que prefirió permanecer anónimo, lo cual entiendo perfectamente. Los cálculos se realizaron entonces "en secreto" en el potente ordenador que gestionaba los datos de un acelerador de partículas europeo. Luego Fred cambió de laboratorio y en su nueva unidad tales cosas ya no eran posibles. Por tanto, el enfoque de simulación numérica fue abandonado durante seis largos años. Pero recientemente ha ocurrido un hecho nuevo. Primero, las máquinas han avanzado tanto en seis años (velocidad y sobre todo capacidad de memoria RAM) que cálculos que solo eran posibles en potentes unidades dedicadas a la investigación, ahora están al alcance de... simples particulares. Dos hombres, precisamente ingenieros jubilados pero apasionados de astrofísica y cosmología, se han manifestado entonces. Programando ellos mismos sus máquinas, hicieron simulaciones bastante agradables, perturbando una "galaxia numérica 2D" compuesta por 3000 puntos-masa con un "compañero de paso" constituido por 300 puntos. En resumen, el esquema clásico que conduce a la forma espiralada de la "galaxia de los perros de caza", también conocida como M51. Cuando se ven estas imágenes, uno piensa inmediatamente "esto corresponde a lo que se podía hacer hace diez años en los centros de investigación, con poderosos medios de cálculo". Por supuesto, la estructura espiral no perduraba. Desaparecía cuando el compañero perturbador se alejaba (un aspecto ya conocido desde hace tiempo). Nuestros dos ingenieros, animados por estos resultados alentadores, contactaron a seis astrofísicos conocidos pidiéndoles "directrices", pero ninguno tuvo la cortesía de responder. Así que yo fui el séptimo astrofísico que contactaron. Imaginen bien que yo, por el contrario, me alegré enormemente de este refuerzo y conecté inmediatamente a estos nuevos colaboradores con nuevas simulaciones. Aparentemente lo están haciendo muy bien y, si todo va bien, tendremos "resultados frescos" en los próximos meses. Espera apasionante, ya que el objetivo no es otro que simular el nacimiento de una galaxia. Asunto por seguir.

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