Materia fantasma materia astrofísica.6:
Estructura espiral.(p10)
- Impacto de los diferentes
parámetros.
Como se mencionó anteriormente, los
valores de los parámetros son ajustados. Alejándose demasiado de ellos, la estructura espiral
ya no aparecerá. No se alcanzará ningún equilibrio. Intentamos calcular varias
simulaciones en torno a estos ajustes óptimos. Resumamos aquí nuestra experiencia
empírica:
-
La frecuencia epicíclica
rige
el número de brazos. Un valor w
= 1 da una estructura de dos brazos, mientras que
= 2 da cuatro brazos. Cuando se sitúa entre dos enteros, la estructura espiral
se vuelve muy incierta. -
La relación entre masa negativa y masa
positiva m controla la curvatura de los brazos. La estructura del ejemplo anterior
corresponde a
= 3.
Por debajo de = 3, el halo es inestable y se disipa antes de que aparezca una estructura espiral. Esto
significa que el proceso disipativo (fricción dinámica) calienta la materia positiva,
que escapa a través del halo.
Para valores superiores a 3 la galaxia será
cada vez más compacta. Aparece un volante alrededor de cinco. Una espiral barrada
completa esta estructura. Para relaciones de masa
m más altas el cúmulo está demasiado presurizado y ninguna estructura espiral parece
viable (pero, como se señaló antes, esto podría ser un artefacto debido al número relativamente
bajo de puntos).
Los diferentes esquemas de galaxias han
sido dibujados en la figura 15, en función de la relación de masas. Los impactos de los parámetros 
y
(relacionados
con las velocidades térmicas) no han sido explorados.
Fig.
17: Gran diseño esquemático frente a relación de masas
.
- Conclusión.
Estos resultados parecen interesantes,
pero debemos ser modestos por varias razones. En primer lugar tratamos con simulaciones
2d, no simulaciones 3d. Estrictamente hablando, esto no describe el
comportamiento de puntos de masa, situados en un plano, inmersos en su propio campo
gravitatorio, sino el comportamiento de "cuerdas" que interactúan mediante fuerzas gravitatorias (y
antigravitatorias). Esto proviene de la forma de la ecuación de Poisson
(36), que se refiere a un medio tridimensional. Solo podemos esperar que simulaciones completamente
3d, aplicadas a un sistema plano, con movimientos en z, proporcionen resultados similares.
Supongamos que así fuera. Este modelo
sugiere un nuevo mecanismo que impulsaría la estructura espiral de las galaxias.
Encontramos dos regímenes. Primero una fricción dinámica frena el núcleo central.
Luego un proceso de resonancia gravitatoria impulsa el sistema y se forman brazos, debido
a efectos de marea. No se disipan por efectos térmicos, como en otros
trabajos (el halo negativo actúa como una barrera y evita su disipación).
Estas estructuras permanecen estables durante un impresionante número de vueltas (50). En
realidad, su origen es bastante diferente. Encontramos barras, diseños de volante.
Parece ser una vía prometedora de exploración.
Por otra parte, esta "galaxia 2d"
no posee gas. Básicamente, está compuesta por 10.000 "estrellas" o "grupos de estrellas".
La interacción con el segundo conjunto de 10.000 objetos (cuya naturaleza no se
precisa, salvo que poseen una masa
negativa) proporciona un efecto no lineal, un patrón espiral. Si pudiéramos añadir algo de
gas en este sistema, con una masa positiva (un orden de magnitud inferior a
la masa del "material estelar": 10.000 objetos de masa positiva), y cuyos
elementos poseyeran una velocidad térmica menor, este gas debería rotar más rápido,
para equilibrar la fuerza gravitatoria y compensar la debilidad
del efecto de su propia fuerza de presión. Este gas debería reaccionar al campo no homogéneo, debido al "conjunto de estrellas" y realzar la estructura espiral. Si el contraste
de velocidades entre el gas y el material estelar fuera grande en todas partes,
esto debería producir un patrón de ondas de choque espirales, como se observa. Si se pudiera
lograr tal programa, podríamos obtener una descripción más realista de una galaxia.
Referencias
[1] PETIT J.P.: The missing mass
effect. Il Nuovo Cimento B Vol. 109 July 1994, pp. 697-710
[2] PETIT J.P. : Twin Universe Cosmology. Astrophysics and Space Science ,.....(1995),
35 pages, accepted 8 th fe. 1995. To be published soon (preprint joined)
[3] Infeld Phys.Rev. 68 (1945) pp. 250-272
[4] Lévy-Leblond J.M. "Did the Big Bang begin ? " Ann. J. Phys. 58
(1990) pp. 156-159
[5] Misner "Absolute zero time" Phys. Rev. 186 (1969) pp. 1328 1333
[6] Duke "Maximum principle and invariance under transformation of units".Phys.
Rev 125 (1961) pp. 2163-2167
[7] B.Lindblad, Handbuch der Physik, 53, (1959) 21
[8] C.C. Lin and F.H.Shu : Astrophysics and Gen. Relat. Vol.2 Gordon and Breach
Sc. Publ. 1971, p. 235
[9] Toomree A. (1981) The structure and dynamics of normal galaxies. Cambridge
University Press, p.111
[10] Toomree A. and Toomree J. (1972) Astrophys. J. 178, 623
[11] A.Toomree, Ann. Rev. Astronom. Astrophys. 15 (1977) 437
[12] E.Athanassoula : Companion driven spirals and bars. International Astronomic
Union. Symposium n° 146 (1991)
[13] A.Toomree Astrophys. J. 158 (1969) 89
[14] R.H.Miller and B.F. Smith, Astrophys. J. 277 (1979) 785
[15] F. Hohl, Astrophys. Sp. Sc. 14 (1971) 91
[16] Holmberg E. (1941) Astrophys. J. 94, 385
[17] B. Sundelius and K.J. Donner : Interaction galaxies, Dynamics of Disk
Galaxies (1991) Sundelius ed. p. 195
[18] S. Engström : Feature velocitys in numerical simulations. , Dynamics
of Disk Galaxies (1991) Sundelius ed.p. 332
[19] A.Toomree Ann. Rev. Astron. Astrophys. 15 (1977) 437.
[20] S.Chapman and T.G. Cowling : The mathematical theory of non-uniform gases.
Cambridge University Press (1970)
[21] R.Adler , M.Bazin & M.Schiffer : Introduction to general relativity.
Mc Graw Hill 1975 p. 122-123
[22] J.P.Petit and P.Midy : Repulsive dark matter. Goemetrical Physics A ,
3 , march 1998.
Agradecimientos :
Este trabajo está financiado por el
CNRS francés y por la empresa A. Dreyer Brevets et Développement.
Depositado bajo sobre sellado en la Academia de
Ciencias de París, 1998.
Comentarios.
Este trabajo data de 1994. Solo
fue posible porque Frédéric Landsheat,
que era entonces estudiante en el centro alemán de física de
partículas alemán DAISY tenía acceso a un gran sistema.
Fue realizado íntegramente de manera clandestina. Cuando,
tras defender su tesis sobre los sistemas de adquisición de datos,
este se incorporó a otro centro, esta actividad se interrumpió. Ningún
trabajo complementario se ha realizado desde
esa fecha y no logramos interesar a los
investigadores franceses, que disponían de los medios de cálculo ad hoc, en
este tema de investigación.
Si un equipo, en Francia
o en el extranjero, quisiera retomar estos estudios exploratorios,
nos alegraríamos mucho. Este trabajo fue sometido a numerosas
revistas de publicación con comité de lectura, acompañado cada vez
de la película que muestra el nacimiento de la galaxia
barrada, sin embargo muy sugerente. Pero ninguna lo sometió a
un referee, contentándose con respuestas estereotipadas del
tipo:
- Sorry, we don't publish speculative
works.
Este ensayo no es más que un esbozo muy tosco. Una galaxia
no es, ni mucho menos, un sistema reducible a una
sola población de puntos-masa. Por otra parte, el fenómeno
de la estructura espiral no afecta al conjunto de la galaxia, sino principalmente
al gas interestelar, siendo la población I mucho menos sensible
al fenómeno. Habría que considerar, por tanto, simulaciones con
dos poblaciones, que describan la galaxia misma. También sería
necesario representar la galaxia tal como su confinamiento
por la materia fantasma, si este modelo es válido, se presenta,
es decir, rodeada de materia repulsiva y
relativamente caliente.
Los parámetros que modulan
las condiciones iniciales son numerosos. Relación de densidades medias,
velocidad de agitación en ambos medios, perfil de densidades en
la galaxia, perfil de velocidades. El paso al 3d plantea el problema
de la potencia de los sistemas actuales, insuficiente.
¿Qué hay que retener de tal
estudio?
-
Un escenario de formación
de galaxias espirales, siendo el fenómeno entonces permanente
y no "transitorio", como en la teoría de la francesa Françoise
Combe. Estructura que se constituiría bastante rápidamente, probablemente desde
el mismo nacimiento de la galaxia. -
La persistencia de tal estructura
durante un número importante de vueltas. Se sabe que los demás modelos
se enfrentan a la dificultad de mantener esta estructura espiral.
Se trata de un fenómeno disipativo, ya sea en la fase
inicial, que evoca una fricción dinámica, o en la fase siguiente,
dominada por los efectos de marea. Durante el frenado que aparece
en la primera fase, el momento angular perdido por la galaxia
se transfiere a la materia fantasma circundante. Después,
esta transferencia sigue siendo mínima. -
La presencia de la materia
fantasma constituye una barrera de potencial, en la periferia,
allí donde su poder repulsivo es más intenso (como
en el confinamiento de la galaxia, permitiendo sobrevelocidades periféricas,
véase el artículo Repulsive dark matter, Geometrical Physics A, 3). Esto
podría explicar la no evasión de los puntos masa acelerados
por el proceso disipativo. -
Es interesante
notar que variando algo las condiciones iniciales (en particular la
relación de masas implicadas) se ve la estructura espiral evolucionar
hacia una especie de volante barrado, típico en las observaciones de galaxias. -
En trabajos posteriores
estudiaremos los efectos de fluctuaciones conjuntas de las métricas,
cuyo efecto es modificar la relación de masas aparentes de las dos especies.
Cuando la masa aparente de la materia fantasma disminuye, el confinamiento se
ve afectado y la galaxia se desarticula. Simulamos
este fenómeno en 1994 y obtuvimos imágenes de galaxias irregulares
(pero no se puede decir que haya una "galaxia irregular tipo").
Un aumento de la masa aparente de la materia fantasma, si nos parece
poder ser responsable de los fenómenos QSO y galaxias
de Seyfert, debido a su acción sobre el gas interestelar, podría también,
si se mantiene durante el tiempo suficiente, transformar los "volantes
barrados" en galaxias espirales, los brazos, en cierto modo, se "desplegando".
Es una lástima que investigaciones tan apasionantes, que podrían ser
objeto de numerosos temas de tesis, queden así abandonadas.
