a202 Un modello cosmologico: il doppio big bang. (p.2)
VLS: la struttura molto grande dell'universo.
...Come mostrano i nostri lavori, l'evoluzione congiunta dei due universi non è identica. L'universo fantasma ha una densità di massa r* più elevata e una temperatura T* più elevata. Abbiamo deciso di studiare le instabilità gravitazionali congiunte in un tale mix, dove, ricordiamo:
-
m attrae m (legge di Newton)
-
m* attrae m* (legge di Newton)
-
m e m* si respingono reciprocamente ("legge anti-Newton").
Qualche parola sull'instabilità gravitazionale (instabilità di Jeans).
...Consideriamo una sola popolazione, un insieme di masse m. Questo mezzo ha una densità di massa r. Ha anche una velocità termica media Vth.
...Supponiamo che all'interno dello spazio ci sia una regione la cui scala caratteristica è f, dove la densità è più elevata. Vedere la figura (147).
(147)
...La velocità termica tende a disperdere questa concentrazione di massa, e il tempo caratteristico di dispersione corrispondente è:
(148)
...Immaginiamo ora che questa velocità termica sia nulla. Questo aggregato tende a collassare. Si può calcolare il tempo caratteristico di collasso:
(149)
...D'altro canto, ogni aggregato tende ad attrarre la materia circostante e a crescere. Questa perturbazione crescerà se il tempo caratteristico di accrescimento (tempo caratteristico di collasso) è inferiore al tempo di dispersione:
(150)
...Troveremo una lunghezza caratteristica:
(150-a)
chiamata lunghezza di Jeans.
...Ogni concentrazione di massa la cui estensione supera questa lunghezza di Jeans caratteristica crescerà e formerà ammassi. Quelli più piccoli si disperderanno.
...Quando si forma un ammasso di materia, si riscalda, aumentando così la forza di pressione interna. In definitiva, la pressione interna ferma il processo.
...Si potrebbe pensare che l'instabilità gravitazionale, l'instabilità di Jeans, formi galassie, stelle, ecc. Ma non è così semplice. Ad esempio, nel Modello Standard, quando t < 500.000 anni, la temperatura del mix materia-raggi è superiore a 3000 °K. La materia (75% di idrogeno, 25% di elio) è allora completamente ionizzata.
...La radiazione, le onde elettromagnetiche, attraversano con difficoltà i gas ionizzati. Quando un astronauta è in fase di rientro atmosferico, la sua navetta è circondata per diversi minuti da un gas caldo e completamente ionizzato. Di conseguenza, non è possibile alcuna comunicazione radio, poiché le onde elettromagnetiche non possono attraversare il guscio di gas ionizzato che circonda la navetta.
...Un raggio luminoso è un'onda elettromagnetica. Agisce sugli elettroni liberi, non sugli elettroni legati. Un gas ionizzato contiene molti elettroni liberi. Un gas neutro, nessuno. È per questo che, quando l'Universo è caldo e ionizzato, la radiazione e la materia sono fortemente accoppiate.
...Nella materia, la temperatura assoluta Tm è una misura della velocità termica:
(150-b)
dove k è la costante di Boltzmann (k = 1,38 × 10⁻²³).
Quando:
-
materia e radiazione sono fortemente accoppiate
-
radiazione dominante (modello standard t < 500.000 anni)
allora:
(150-c)
ma:
(150-d)
La lunghezza di Jeans obbedisce a:
(150-e)
...L'ultima corrisponde alla condizione di conservazione della massa durante il processo di espansione R(t). Vediamo che la lunghezza di Jeans varia come R(t). Quindi, più giovane è l'Universo, più piccola è la dimensione degli ammassi che tendono a formarsi.
...Quando t < 500.000 anni, la radiazione impedisce la formazione degli ammassi. Ma immediatamente dopo il distacco, gli ammassi di materia possono formarsi. Calcoliamo la loro massa. È:
(150-f)
...ovvero: 100.000 masse solari (massa tipica di un ammasso globulare).
...Secondo questo schema, gli ammassi globulari si formerebbero per primi, subito dopo il distacco. Le galassie, considerate come insiemi di tali ammassi, apparirebbero poi, e così via...
...Ma tutto ciò avviene in un universo in espansione rapida. Non sappiamo come calcolarlo, né come descrivere l'instabilità gravitazionale in un universo in espansione. Inoltre, non sappiamo come definire la legge di Newton in un universo in espansione.
...In conclusione, abbiamo diversi schemi per la nascita delle galassie. Alcuni pensano che le stelle si formino per prime, poi le galassie. Altri hanno l'opinione inversa...
...Seguendo questa idea generale di struttura gerarchica, si pensava che, se le galassie fossero organizzate in ammassi di galassie (Coma, Vergine), a una scala più grande, questi ammassi dovrebbero appartenere a super-ammassi. Ma le osservazioni (1977) hanno rivelato una struttura completamente diversa. Vedere la figura (151):
(151)
...Le galassie erano disposte intorno a grandi vuoti (tipicamente di 100 anni luce di diametro). A una scala molto grande (VLS), l'Universo sembra simile a bolle di sapone collegate. Gli ammassi di galassie corrispondono ai punti di intersezione di tre "pieghe". Vedere la figura (152).
...Oggi è ancora difficile spiegare tali strutture. Seguendo l'idea iniziale del russo Zel'dovitch, Mellot ha realizzato simulazioni numeriche in 3D. Ma le celle ottenute non erano stabili nel tempo. Svanivano rapidamente, a meno che non si stabilizzasse il sistema grazie a una distribuzione artificiale di materia oscura fredda.
...Il modello materia-riflessione materia fantasma dà un'interpretazione alternativa del fenomeno. Vedere il nostro articolo:
J.P. Petit, P. Midy e F. Landsheat: Astrofisica materia-materia fantasma. 5: Risultati di simulazioni numeriche 2D. VLS. Riguardo a uno schema possibile per la formazione delle galassie. Physical Geometry A, 8, 1998.