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La analogía
con una lente de vidrio es relativamente buena. Una masa positiva M hace
converger los rayos. Una masa M* los hace divergir:
Analogía con la óptica:
Cuando
se observa papel pintado con puntos a través de una lente divergente,
se puede percibir un mayor número de objetos, de diámetro aparente más pequeño. Pero su luminosidad se reduce (su
"magnitud aparente"):
Desde el punto de vista cosmológico, los conglomerados de materia fantasma, actuando como lentes divergentes, deberían reducir la magnitud de las galaxias con alto corrimiento al rojo, al mismo tiempo que multiplican su número.
Para evaluar el efecto sería necesario conocer el diámetro de los conglomerados de materia fantasma, lo cual es difícil de hacer. Si se forman, no se sabe de antemano qué pueden llegar a ser. ¿Se constituyen en galaxias hipergrandes?
Si se sitúan en el centro de las "grandes burbujas vacías", están, en promedio, a cien millones de años luz unos de otros. Pero la influencia sobre el fondo lejano depende fuertemente de su diámetro f.
Ver:
J.P. Petit, P. Midy y F. Landsheât: Materia fantasma, física astrofísica.
5: Resultados de simulaciones numéricas 2D. VLS. Acerca de un posible esquema para
la formación de galaxias. [
En este sitio: Física Geométrica A,
8
, 1998, sección 3, expresión (23) y figura 18.
]
Sea como fuere, si estos objetos existen, deberían crear la apariencia de un gran número de galaxias enanas para altos corrimientos al rojo. Y precisamente eso es lo que se observa (P.J.E. Peebles: Principios de cosmología física, Serie de Física de Princeton, 1993). La interpretación clásica es que las galaxias enanas se formarían primero, y luego darían origen a objetos más grandes mediante fusión, canibalismo galáctico (merging).
Nuestro modelo ofrece una interpretación alternativa de este efecto de enanismo de las galaxias con alto corrimiento al rojo.
Hacia una teoría
del nacimiento de las galaxias.
Se trata de un escenario nuevo cuyas implicaciones conviene explorar completamente.
La dificultad total, actualmente no resuelta, consiste en tratar simultáneamente ambos fenómenos. No se puede separar el fenómeno de la expansión cósmica de la formación de las distintas estructuras. Por ahora, no se sabe manejar ambos al mismo tiempo.
Aun así, esbozaremos un escenario hipotético. Los grumos de materia fantasma podrían constituirse primero, ejerciendo inmediatamente una intensa presión inversa sobre la materia, que se calentaría por ello. Ver el artículo citado arriba [
En este sitio: Física Geométrica A,
8
, 1998, sección 4, esquemas 19, 20 y 21.
]
En astrofísica, cada vez que un objeto se condensa, se agrupa, su temperatura aumenta. Esto ocurre, por ejemplo, con las protoestrellas. Esto equivale a una conversión de energía gravitacional
(potencial) en energía cinética (velocidad de agitación térmica). La presión es la densidad multiplicada por la temperatura
(p = n k T). La presión aumenta y se opone al colapso. Una protoestrella, antes de "encenderse", es una masa esferoide de gas a varios miles de grados, del tamaño del sistema solar, que irradia en el infrarrojo. De hecho, emite más energía en esta forma que más adelante, cuando obtenga la energía de las reacciones de fusión. Es su superficie la que irradia. Debe "transpirar" su energía. De lo contrario, no podría contraerse, aumentar su temperatura en el núcleo y allí iniciar el proceso de fusión (mínimo 700.000 grados).
La compactación del objeto no lo convierte en un buen radiador. A temperatura igual, la energía térmica es proporcional al cubo del radio y la superficie emisora al cuadrado.
Por el contrario, la placa constituye el radiador óptimo. Al empujar nuestra materia, los conglomerados de materia fantasma la comprimirían según placas
(las paredes de las "burbujas de jabón unidas"). Ver el artículo y figuras citados arriba.
Los cálculos serían necesarios, pero se puede suponer que esta geometría se prestaría a un enfriamiento radiativo intenso, por lo tanto a una desestabilización del medio frente a la inestabilidad gravitacional (para estos problemas de inestabilidad gravitacional, ver mi cómic Mil Billones de Soles, Ed. Belin, 8 rue Férou, París 75006, o en el "CD-Lanturlu").
La materia tendería entonces a fragmentarse en proto-galaxias. Inmediatamente, la materia fantasma se infiltraría en el espacio disponible y se llegaría a un esquema de galaxias alojadas en vacíos de materia fantasma. Esto da el mismo esquema que el obtenido por la presencia de masas negativas en nuestro universo (hipótesis de Souriau). Reconsideremos el esquema de galaxias rodeadas por "materia negativa" (materia fantasma, materia gemela, materia con masa negativa, poco importa el nombre que se le dé).
Según el esquema sugerido por Souriau, las masas negativas se repelen entre sí. En estas condiciones, no explicarían la estructura a gran escala del universo.
Una explicación del confinamiento de las galaxias.
Así, se obtiene un esquema en el que la materia fantasma ejerce una presión inversa sobre la galaxia, asegurando su confinamiento. Es una alternativa a la idea de la presencia de materia oscura en su interior.
Ver
J.P. Petit y P. Midy: Materia oscura repulsiva. [
Ver en este sitio: Física Geométrica A,
3
, 1998, sección 2
]. Pero existen galaxias esferoidales.
Por lo tanto, estarían alojadas en cavidades de geometría similar, formadas en la distribución casi uniforme de materia fantasma circundante (recordemos que es más caliente que la nuestra). ¿Serían entonces estas cavidades confinantes?
¿No contradeciría esto el teorema de Gauss?
Todos los estudiantes de física saben que si se carga uniformemente una esfera, eléctricamente, el campo es nulo en su interior. Se podría pensar entonces en descomponer el campo gravitacional creado dentro de la cavidad esférica atribuyéndolo a capas concéntricas sucesivas, cada una aportando una contribución nula.
Esto parece... evidente. Pero este teorema se basa en una suposición: que la fuerza gravitacional sea proporcional a 1/r² a cualquier distancia, incluso... al infinito.
Un campo newtoniano da lo que se llama la ecuación de Poisson, aplicando el teorema de Green:
DY
= 4 p G
r
La ecuación de campo de Einstein, a pequeña distancia, para curvaturas débiles, en régimen casi estacionario (cosmológicamente hablando) y para velocidades pequeñas frente a la de la luz, proporciona la ley de Newton y la ecuación de Poisson.
¿Puede esta ecuación manejar una distribución uniforme (r = constante) e infinita de materia? Hasta ahora se ha supuesto que sí. Pero entonces se llega a un paradoja. Colocándonos en simetría esférica, y en un punto O cualquiera, origen de nuestras coordenadas. La ecuación de Poisson se escribe entonces:
donde r es la distancia radial y Y es el potencial gravitacional, del cual deriva la fuerza gravitacional g (radial en simetría esférica):
La ecuación no admite una solución Y = constante con r distinto de 0. Por tanto, existe una fuerza gravitatoria, lo cual parece paradójico: se podría esperar que cada partícula, sometida a la fuerza atractiva de todas sus vecinas, experimentara una fuerza resultante nula.
Esta solución es:
El campo gravitacional, centrado en este punto O, no es nulo y corresponde a:
No solo no es nulo, sino que tiende al infinito...