materia oscura repulsiva
Materia oscura repulsiva (p1)
Materia oscura repulsiva.
** Jean-Pierre Petit y P. Midy ** Observatorio de Marsella, Francia ---
Resumen:
Exploramos los aspectos fenomenológicos de un sistema de dos poblaciones cuya dinámica implica tanto fuerzas atractivas como repulsivas. Una nueva estructura geométrica, con dos pliegues, asociada a dos ecuaciones de campo acopladas mediante el campo gravitacional, permite sortear el obstáculo de las "masas negativas" y hace concebible un sistema en el que las energías de todas las partículas son positivas. Mostramos que, bajo estas condiciones, la materia de la segunda población es geométricamente no observable y adquiere así el estatus de materia oscura repulsiva. Las galaxias estarían alojadas en cavidades de una distribución homogénea de materia oscura repulsiva. Esto genera un efecto de confinamiento con una curva de rotación realista. Demostramos que la lente gravitacional negativa, asociada a la materia oscura repulsiva, podría explicar los fuertes efectos observados, ofreciendo así una alternativa al modelo clásico de materia oscura. Derivado de este nuevo modelo cosmológico, la edad del Universo se convierte en 15.700 millones de años, debido a la interacción entre los dos tipos de materia.
1) Introducción. ** **
...Hoy en día ya no es posible explicar las observaciones astronómicas únicamente a partir de la materia observable. Por eso, el concepto de materia oscura se ha impuesto progresivamente. Se han propuesto diversas hipótesis sobre la naturaleza de este componente invisible del Universo, que debería contribuir a la formación del campo gravitacional y así generar el efecto de masa faltante en las galaxias y la lente gravitacional. Los MACHOs se han revelado decepcionantes. Algunos recurren a partículas cuya existencia física sigue siendo especulativa, como los neutrinos masivos. Por ahora, ninguna formulación ha prevalecido, y muchas hipótesis siguen siendo posibles sobre esta materia oscura. En este artículo, proponemos estudiar las consecuencias de una interacción gravitacional entre nuestra materia (masa m) y una materia oscura particular, compuesta por masas m*, tales que:
-
m y m' se atraen según la ley de Newton
-
m* y m*' se atraen según la ley de Newton
-
m y m* se repelen según una ley similar a la de Newton
Llamaremos m* "materia oscura repulsiva".
Esto puede resumirse simplemente considerando la siguiente expresión:
(1)
donde las masas ma y mb pueden ser positivas o negativas. Los físicos podrían objetar inmediatamente diciendo que las partículas con masa negativa también tienen energía negativa, lo cual carece de sentido físico. En la sección 3 del artículo, proponemos un nuevo contexto geométrico que permite la interacción de dos poblaciones, de masas m y m*, ambas positivas, cuyas energías mc² y m*c² son positivas, de modo que las fuerzas se ajusten al esquema anterior. El hecho de que los dos sub-sistemas solo puedan interactuar mediante gravedad se justificará geométricamente.
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2) Materia oscura repulsiva confinando galaxias.
...Desde hace tiempo se sabe que el campo gravitacional debido a una distribución de materia inferida a partir de observaciones no podría equilibrar las fuerzas centrífugas en las galaxias. La masa faltante es aproximadamente tres a cinco veces la observada. Además, las curvas de rotación de las galaxias muestran una característica en escalón (velocidades excesivas en la periferia) que no puede explicarse a partir de la distribución observada de la materia. Por ello, los investigadores han intentado prevenir la explosión de las galaxias y reproducir este aspecto de las curvas de rotación introduciendo artificialmente distribuciones de materia oscura ad hoc. Examinemos ahora el modelo propuesto, que incluye la materia ordinaria (observable) y la materia oscura repulsiva no observable, y veamos si este modelo puede garantizar el confinamiento de las galaxias. En primer lugar, consideremos una galaxia donde la materia está distribuida según el modelo de Myamoto y Nagai [1]:
(2)
...Esta distribución de materia axisimétrica se supone que se encuentra en una cavidad de una distribución uniforme de materia oscura repulsiva (Fig. 1, donde la materia ordinaria está distribuida según a = 5; b = 1 en (2).
** ** Fig. 1: La galaxia rodeada de materia oscura repulsiva. Sistema axisimétrico.
...Colocamos la materia oscura repulsiva alrededor de ella, con un gradiente de densidad arbitrario, ajustado sobre bases empíricas. Esta distribución de masa puede describirse mediante una superposición de elipsoides gruesos, cargados con densidad de materia** *ri (que puede ser positiva o negativa), i siendo el índice del elipsoide masivo, con eje horizontal ai y eje vertical bi. El campo, tanto dentro como fuera de estos cuerpos, viene dado por fórmulas analíticas bastante simples ([2] y [3]). Dado un conjunto de elipsoides masivos, se vuelve posible calcular el campo 3D. En la figura 1 hemos representado la densidad de masa r de la materia oscura repulsiva mediante la variación de la densidad de puntos blancos en el espacio. Esto no proviene de una simulación numérica realizada con puntos masivos, como podría sugerir la imagen. La distribución de masa fue descrita mediante un conjunto de elipsoides masivos, con parámetros variables (longitudes de eje, densidad de masa).
...La figura 2 muestra la distribución de materia oscura repulsiva elegida. La figura 3 representa el campo gravitacional debido a esta materia oscura repulsiva, calculado según el método descrito anteriormente. Las escalas de las figuras 1 y (2-3) son diferentes, las últimas siendo un zoom. Se indica la correspondencia de escala. Como podemos ver, la distribución de materia oscura repulsiva produce un efecto de confinamiento sobre la galaxia, tanto en la dirección r como en la dirección z. La figura 3 muestra la velocidad de rotación correspondiente para la materia oscura repulsiva sola. Vemos que una distribución así de materia oscura repulsiva permite velocidades periféricas importantes.
Fig. 2: La distribución de materia oscura repulsiva elegida: un conjunto de elipsoides planos, concéntricos y gruesos, con densidad** *r(r) d siendo el diámetro del elipsoide.
Versión original (inglés)
repulsive dark matter
Repulsive dark matter (p1)
Repulsive dark matter.
** Jean-Pierre Petit and P.Midy** Observatory of Marseille,France ---
Abstract :
We explore the phenomenological aspects of a two population system whose dynamics implies both attractive and repelling forces. A new geometrical structure, with two folds, associated to two field equations, coupled through the gravitational field, allows to bypass the stumbling block of the "negative masses" and makes such a conceivable system, where the energies of all the particles are positive. We show that in these conditions, the matter in the second population is geometrically non-observable and therefore gets the status of repulsive dark matter. Galaxies would be housed in cavities of a homogenous distribution of repulsive dark matter. This generates a confinment effect with realistic rotation curve. We show that the negative gravitational lensing, associated with repulsive dark matter would explain the strong observed effects, which would be an alternative to the "classical" dark matter model. As derived from this new cosmological model, the age of the Universe becomes 15.7 billions years, due to the interaction of the two matters.
1) Introduction. ** **
...Nowadays trying to account for astronomical observations on the basis of observable matter only is no longer possible. That is for dark matter concept has become increasingly widespread. Various hypothesis have been proposed about the nature of this unobserved component of the Universe, which should contribute to the formation of the gravitational field and thus lead to the missing mass effect in galaxies and to gravitational lensing. Machos have turned out to be disappointing. Some people resort to particles whose physical existence is speculative, such as massive neutrinos. In so far no formulation seems to have prevailed and many hypothesis remain possible about this dark matter. In this paper we propose to investigate the consequences of a gravitational interaction between our matter (mass m) and particular dark matter, made of masses m*, such that :
-
m and m attract each other according to the Newton law
-
m* and m* attract each other according to the Newton law
-
m and m* repel each other according to a Newton-like law
We shall call m* "repulsive dark matter".
This could be summed up simply, considering that in the following expression :
(1)
where the masses ma and mb can be positive or negative. Physicists could argue immediately, saying that particles with negative masses also have negative energies, which lacks physical meaning. In the section 3 of the article we shall propose a new geometrical context which makes possible the interaction of two populations, with masses m and m*, both positive, whose energies mc2 and m*c2 are positive, in such a way that the forces fit with the former scheme. The fact that the two sub-systems may interact only through gravitation will be geometrically justified.
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2) Repulsive dark matter confining galaxies.
...I has been known for long that the gravitational field due to a matter distribution inferred from observation would not be able to balance the centrifugal forces in galaxies. The missin mass is about three to five times the observed one. Moreover, the rotation curves of galaxies show a characteristic step (peripheral excess velocities) which cannot be accounted for starting from the observed distribution of matter. So people attempts both to prevent explosion of galaxies and to reproduce this aspect of rotation curves using ad hoc, artificially introduced distributions of dark matter. Let us now turn to the proposed model of ordinary (observed) matter and unobserved repulsive dark matter, and see whether this model can ensure the confinment of galaxies. At first, we consider a galaxy where matter is distributed according to the model of Myamoto and Nagai [1] :
(2)
...This axisymmetrical matter distribution is supposed to be located in a hole of a uniform repulsive dark matter distribution (Fig.1, in which ordinary matter is distributed according to a = 5 ; b = 1 in (2).
** ** Fig.1 : The galaxy surrounded by repulsive dark matter. An axisymmetrical system.
...We arrange repulsive dark matter around it, with an ad hoc density gradient, shaped on empirical grounds. This mass distribution can be described through a superposition of thick ellipsoids, charged by matter density** *ri (which could be positive or negative), i being the index of the massive ellipsoid, with horizontal axis ai and vertical axis bi. The field, inside and outside such bodies, is given by quite simple analytical formulas ([2] and [3]). Given a set of such massive ellipsoids it becomes possible to compute the 3d field. On figure 1 we have figured the mass-density r of repulsive dark matter by the variation of the density of white points in space. This does no result from numerical simulation, performed with mass points, as the image might suggest. The mass distribution was described by a set of massive ellipsoïds, with various parameters (lenghts of axis, mass-density).
...Figure 2 shows the corresponding chosen axisymmetric repulsive dark matter distribution. Figure 3 represents the gravitational field, due to this repulsive dark matter, computed by the method described above. The two scales of figures 1 and (2-3) are different, the last ones being a zoom. The scale correspondance is indicated. As we can see, the repulsive dark matter distribution produces a confinment effect on the galaxy, both in the r and z-directions. Figure 3 shows the corresponding rotation velocity for repulsive dark matter alone. We see that such a repulsive dark matter distribution allows large peripheric velocities.
Fig. 2 : The chosen repulsive dark matter distribution : a set of thick, concentric flat ellispsoids with density** *r(r) d being the diameter of the ellipsoid.