cosmología del universo gemelo, materia fantasma, astrofísica. 5: Resultados de simulaciones numéricas 2D. VLS. Sobre un posible esquema para la formación de galaxias.
Comentario:
...Este artículo formaba parte de lo que había sido presentado a A & A en octubre de 1996. Esta sección fue ampliamente analizada por el revisor anónimo de la revista, quien planteó un número impresionante de preguntas durante los diez meses que duró nuestro diálogo, por otra parte muy cortés, y que lamentablemente fue interrumpido de forma brusca por el director de la revista. En relación con un modelo tan particular, surge inmediatamente la pregunta sobre posibles confirmaciones observacionales. Para ello sería necesario imaginar pruebas cosmológicas, efectos que afecten al fondo cosmológico, principalmente debidos a los grupos de materia fantasma supuestamente situados en el centro de los grandes vacíos alrededor de los cuales se distribuyen las galaxias. El diámetro medio de estos conglomerados depende fuertemente de las "condiciones iniciales" elegidas. Si aumentamos la temperatura T* de la materia fantasma, su diámetro aumenta. A continuación se muestran resultados obtenidos con temperaturas más elevadas.
Fig. 1: Los conglomerados de materia fantasma.
Fig. 2: Aquí, superpuestos con la materia.
Fig. 3: La estructura celular de la materia.
Se observará (extraído del artículo):
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que la probabilidad de ocultación, a una distancia dada r, disminuye muy rápidamente en función del diámetro medio f de los conglomerados. La magnitud d es un parámetro fijo (dimensión media de las burbujas de la VLS). Así obtenemos, para la materia, una estructura más regular. Pero la escala de tales conglomerados sería tal que incluso ocultarían galaxias relativamente cercanas, situadas a menos de mil millones de años-luz. Se sabe que su efecto sobre la luz es un lente gravitacional negativo, equivalente a observar un paisaje a través de una lente divergente. El efecto consiste en reducir el diámetro aparente de los objetos del fondo y concentrarlos. Véanse las figuras 4, 5 y 6.
Efectos de lente gravitacional positivo y negativo.
Fig. 5: Analogía con la óptica.
Fig. 6: Efecto sobre el fondo.
Esto crearía, para altos desplazamientos al rojo, una apariencia de abundancia de galaxias enanas. Ahora bien, según Peebles, efectivamente es lo que se observa. Clásicamente, los astrofísicos piensan que cuando el universo era más joven, por una razón no especificada, las galaxias enanas se habrían formado primero. Luego habrían aparecido objetos más masivos, mediante un "cannibalismo galáctico". El presente modelo constituiría una interpretación alternativa de este aspecto de las observaciones a gran desplazamiento al rojo.
Si existieran, ¿cuál podría ser la estructura de estos conglomerados de materia fantasma? Solo podemos especular. De cualquier manera, en nuestra concepción, todo se formaría al mismo tiempo: la VLS, los conglomerados y las galaxias. El hecho de abordar el problema como lo hemos hecho, es decir, partiendo de "condiciones iniciales" calculadas "después de la expansión", es en sí mismo una aberración. Sería necesario poder gestionar todos los fenómenos conjuntamente. Pero no sabemos cómo abordar este problema (de todos modos, desde 1994, desde que Frédéric Landsheat ya no contaba con un gran sistema a su disposición, ya no tenemos medios de cálculo).
Si pudiéramos, podríamos entonces construir posiblemente un modelo más coherente de formación y evolución posible de tales conglomerados. En este artículo hemos propuesto un modelo de formación de galaxias: precisamente porque la materia se comprimiría en placas delgadas, podría evacuar energía de manera muy eficiente mediante radiación. Entonces, de repente inestable, se condensaría en proto-galaxias. La materia fantasma circundante sería empujada hacia el espacio intergaláctico, donde ejercería inmediatamente una presión contraria sobre estas jóvenes galaxias (efecto de masa faltante). Pero su temperatura relativamente alta les conferiría, en estos lugares, una homogeneidad suficiente para no crear, por lente gravitacional negativo, efectos notables. Recordemos que el efecto de lente gravitacional es nulo cuando la materia atraviesa un medio homogéneo, cualquiera que sea su densidad.
Sería extremadamente interesante simular, aunque fuera solo en 2D, las interacciones entre galaxias localizadas en estos vacíos de materia fantasma (que obviamente las acompañan en su movimiento). Lógicamente, si estas galaxias se acercaran lo suficiente y los vacíos entraran en contacto, esto facilitaría su fusión (merging). Véase el esquema sugerido en la figura 7.
Propuesta de un esquema de fusión de dos galaxias.
Si la materia, tras haber experimentado esta compresión en placas delgadas, pudo dar origen a galaxias debido a que pudo enfriarse de manera eficaz, no sería así con los conglomerados, más compactos, quizás esféricos. En principio, y esto será examinado en otros artículos, no habría diferencia de naturaleza entre la materia y la materia fantasma. Ambas estarían compuestas de núcleos, protones, neutrones, electrones, átomos, más todas sus respectivas antipartículas (en el artículo [15] se muestra que la dualidad materia-antimateria también opera en el universo fantasma). Pero sería necesario tener algunas luces sobre la nucleosíntesis primordial en marcha en la materia fantasma, es decir, poder describir con cierta precisión su fase radiativa. Podría entonces estar compuesta por hidrógeno y helio procedentes de esta nucleosíntesis primordial, en cantidad inestimable.
Entonces podríamos comparar los conglomerados con inmensas protoestrellas. La cantidad de calor, para una misma temperatura, es proporcional al cubo del radio del objeto y su superficie emisora al cuadrado. ¿Cuál sería entonces el tiempo de enfriamiento de tales conglomerados? Quizás muy grande en comparación con la edad del universo. Así, ese gas primordial del universo fantasma nunca habría podido evacuar suficiente calor por radiación para contraerse hasta el punto de que apareciera la fusión en su interior (700.000 grados como mínimo).
Entonces podríamos conjeturar que el universo fantasma no contendría elementos más pesados que el helio, por no haber podido formar estrellas donde crearlos. Estos conglomerados serían, para un viajero que se aventurara en este anti-mundo, simplemente inmensas masas de gas emitiendo en rojo y en infrarrojo.
Pero en otros trabajos sugeriremos que las estrellas de neutrones que alcanzaran su masa crítica podrían evacuar materia hacia el universo fantasma mediante la creación de un puente hipertórico, ya sea de forma "suave", ya mediante transferencias más bruscas, por ejemplo provocadas por la fusión de un sistema binario compuesto por dos estrellas de neutrones orbitando alrededor de un centro de gravedad común. Se sabe (trabajos de Thibaud-Damour) que la emisión de ondas gravitacionales ralentiza su movimiento de rotación. Tales fusiones parecen, por tanto, inevitables.
Estos transferencias enriquecerían entonces el universo fantasma con elementos pesados. Todo esto, lo precisamos, actualmente es pura conjetura. Suponemos que durante un transferencia brusca la mayor parte de la masa sería expulsada hacia el universo fantasma, donde permanecería, en lugar de la estrella de neutrones, que simplemente se habría convertido en una estrella fantasma de neutrones. En el caso de una evacuación continua de materia, por este "exceso", esta se dispersaría entonces en el universo fantasma, siendo empujada por la estrella de neutrones de la que proviene, quedando...