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Un modello cosmologico: il doppio Big Bang. (p.2)

VLS: La struttura molto grande dell'universo.

...Come mostrato nei nostri lavori, l'evoluzione congiunta dei due universi non è identica. L'universo fantasma ha una densità di massa r* superiore e una temperatura T* superiore. Abbiamo deciso di studiare le instabilità gravitazionali congiunte in tale miscela, dove, ricordiamo:

• m attrae m (legge di Newton)

• m* attrae m* (legge di Newton)

• m e m* si respingono reciprocamente (legge "anti-Newtoniana").

Qualche parola sull'instabilità gravitazionale (instabilità di Jeans).

...Prendiamo una singola popolazione, un insieme di masse m. Questo mezzo ha una densità di massa r. Possiede anche una velocità termica media Vth.

...Supponiamo che in qualche punto dello spazio vi sia una porzione di spazio, la cui estensione caratteristica è f, dove la densità è più elevata. Vedere la figura (147).
(147)

...La velocità termica tende a dissipare questa concentrazione di massa e il corrispondente tempo caratteristico di dispersione è:
(148)

...Immaginiamo ora che questa velocità termica sia zero. Questo ammasso tende a collassare. Si può calcolare il tempo caratteristico di collasso:
(149)

...D'altra parte, qualsiasi ammasso 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)

Troviamo una lunghezza caratteristica:
(150-a)

chiamata lunghezza di Jeans.

...Qualsiasi concentrazione di massa la cui estensione è superiore a questa lunghezza caratteristica di Jeans crescerà e formerà ammassi. Quelle più piccole si disperderanno.

...Quando si forma un ammasso di materia, quest'ultimo si riscalda, il che aumenta la forza di pressione interna. Infine, la pressione interna arresta il processo.

...Si potrebbe pensare che l'instabilità gravitazionale, l'instabilità di Jeans, formi galassie, stelle e così via. Ma non è così semplice. Ad esempio, nel Modello Standard, quando t < 500.000 anni, la temperatura della materia mista e della radiazione è superiore a 3000°K. Allora la materia (75% idrogeno, 25% elio) è completamente ionizzata.

...La radiazione, le onde elettromagnetiche, attraversano con grande difficoltà i gas ionizzati. Quando un astronauta è nel processo di rientro, la sua navicella spaziale è circondata per diversi minuti da gas caldo completamente ionizzato. Allora non è possibile alcuna comunicazione radio poiché le onde elettromagnetiche non possono attraversare il guscio di gas ionizzato che circonda la sua navicella.

...Un raggio di luce è un'onda elettromagnetica. Agisce sugli elettroni liberi, non sugli elettroni legati. Un gas ionizzato contiene molti elettroni liberi. Un gas neutro, nessuno. Ecco perché quando l'Universo è caldo e ionizzato, radiazione e materia sono fortemente accoppiate.

...Nella materia, la temperatura assoluta Tm è la misura della velocità termica:
(150-b)

dove k è la costante di Boltzmann (k = 1,38 10-23).

Quando:

• Materia e radiazione sono strettamente accoppiate

• La radiazione domina (Modello Standard t < 500.000 anni)

allora:
(150c)

ma:
(150d)

La lunghezza di Jeans obbedisce a:
(150-e)

...Quest'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 piccole sono le dimensioni degli ammassi che tenderebbero a formarsi.

...Quando t < 500.000 anni, la radiazione impedisce la formazione degli ammassi. Ma, immediatamente dopo il disaccoppiamento, possono formarsi ammassi di materia. Calcoliamone la massa. Essa è:
(150-f)

...cioè: 100.000 masse solari (la massa tipica di un ammasso globulare).

...Secondo questo schema, gli ammassi globulari si formerebbero per primi, subito dopo il disaccoppiamento. Le galassie, considerate come insiemi di tali ammassi, apparirebbero dopo, e così via....

...Ma tutto ciò avviene in un universo in rapida espansione. Non sappiamo come calcolarlo, 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 credono che le stelle si formino per prime, poi le galassie. Altri hanno l'opinione inversa...

...Seguendo questa idea generale di struttura gerarchica, si è pensato che, se le galassie fossero organizzate in ammassi di galassie (Coma, Vergine), a scale più grandi questi ammassi dovrebbero appartenere a dei superammassi. Ma le osservazioni (1977) hanno portato a una struttura completamente diversa. Vedere la figura (151):
(151)

...Le galassie erano disposte attorno a grandi vuoti (tipicamente di 100 anni luce di larghezza). Su una scala molto grande (VLS), l'universo assomiglia a bolle di sapone congiunte. 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'dovich, Mellot ha effettuato simulazioni numeriche 3D. Ma le celle ottenute non erano stabili nel tempo. Svaniscono rapidamente, a meno che non si stabilizzi il sistema con una distribuzione ad hoc di materia oscura fredda.

...Il modello materia-materia fantasma repulsiva offre un'interpretazione alternativa del fenomeno. Vedere il nostro articolo:
J.P.Petit, P.Midy e F.Landsheat: Materia, materia fantasma, astrofisica. 5: Risultati di simulazioni numeriche 2D. VLS. Su un possibile schema per la formazione delle galassie. Geometrical Physics A, 8, 1998.