universi gemelli

univers gemelli

...Di seguito, un modello didattico destinato a illustrare il fenomeno delle instabilità gravitazionali congiunte. Immaginiamo una sorta di piscina. A metà altezza, sott'acqua, disporremmo una tela orizzontale, flessibile, di peso trascurabile. Sopra, posizioneremmo delle palline con un certo peso, che quindi eserciterebbero una pressione sulla tela. Sopra, disporremmo una quantità uguale di palline da ping-pong, dello stesso volume. Queste, sensibili alla spinta di Archimede, eserciterebbero anch'esse una pressione sulla tela, ma in senso opposto. Potremmo anche organizzare le cose in modo che tutte le palline abbiano lo stesso diametro.

...Se esiste la stessa distribuzione uniforme di palline pesanti e di palline da ping-pong da entrambi i lati, la risultante delle forze esercitate sulla tela sarà ovunque nulla e la tela rimarrà orizzontale (la curvatura sarà nulla). Ma il caso potrebbe far sì che alcune palline pesanti si raggruppino in un punto. Esse quindi creeranno una depressione nella tela e, facendolo, sposteranno le palline da ping-pong più lontano. In modo schematico, effettuando una sezione, la superficie assumerà l'aspetto seguente:

**Le palline pesanti si raggruppano e creano una depressione nella tela.
**Spingono le palline da ping-pong, che si raggruppano intorno alla depressione.

...Intuitivamente si immagina che i due fenomeni, lontani dall'opporre, si coniugano. La presenza di questo anello di palline in eccesso intorno alla depressione accentua il suo affondamento, quindi il "confinamento" di queste palline dense.

...L'instabilità gravitazionale potrebbe essere evocata con una sola popolazione, disponendo palline pesanti su un materasso di schiuma sufficientemente flessibile. Se alcune di esse si raggruppano per caso in un punto, creeranno una depressione, in cui le loro vicine tenderanno a scendere. Questo fenomeno si chiama accrescimento.

...Se si prendesse una tela e si disponessero sotto solo palline da ping-pong, anche questo sistema sarebbe instabile. Se alcune palline da ping-pong si raggruppano in un punto qualsiasi della tela, ne spingerebbero le vicine a raggiungerle. Con questo modello a due popolazioni, palline pesanti e palline da ping-pong, abbiamo due effetti congiunti, che richiamano il fenomeno delle instabilità gravitazionali congiunte. Questo modello ha anche il vantaggio di illustrare la simmetria esistente tra i due sottosistemi.

...Se riprendiamo il sistema a due popolazioni, otterremmo questo risultato:

Le palline da ping-pong si raggruppano e fanno sporgere la tela.
Spingono le palline pesanti verso l'esterno.

Abbiamo quindi cercato di testare quest'idea partendo da due distribuzioni:

• Materia fredda, densità r

• Materia fantasma di densità r * @ 64 r, più calda: la velocità media del moto termico nell'universo fantasma V*th è quattro volte superiore a quella nel nostro universo, parametri derivati dallo studio delle espansioni congiunte dei due universi, [vedi sul sito: Fisica Geometrica, 3, sezione 3 e figura 5].

...I calcoli sono stati eseguiti tramite simulazioni numeriche 2D con due volte 5000 punti massa. Sono solo indicativi. Sarebbe necessario effettuare calcoli in 3D e, per farlo, gestire un numero molto maggiore di punti massa, cosa che il nostro sistema non era in grado di fare. Non bisogna quindi prendere questi risultati 2D alla lettera.

...Qualitativamente, la materia fantasma guida il gioco. Genera rapidamente dei conglomerati (il tempo di accrescimento, inversamente proporzionale alla radice quadrata della densità, è più breve). Questi conglomerati (clumps) spingono poi la nostra materia nel resto dello spazio, conferendole così la sua configurazione lacunare. Vedi: J.P. Petit, P. Midy e F. Landsheat: Fisica astrofisica della materia fantasma. 5: Risultati delle simulazioni numeriche 2D. VLS. Su uno schema possibile per la formazione delle galassie. [Vedi sul sito: Fisica Geometrica A, 8, 1998.]

I due sovrapposti:

...L'interesse è che questa distribuzione diventa stabile. I grumi di materia fantasma stabilizzano la distribuzione lacunare della materia, e viceversa, questa la imprigiona nei suoi "marchi". Questo spiegherebbe la grande stabilità ottenuta (dell'ordine dell'età dell'universo). I "marchi" di materia agirebbero quindi da barriera potenziale rispetto agli elementi di materia fantasma provenienti dai conglomerati e accelerati durante le collisioni (nel senso anglosassone di "encounter", cioè interazione binaria tra due punti massa di materia fantasma).

Nota (febbraio 2000):

Tutti questi risultati di calcolo risalgono a sei anni fa. Come potrebbero averlo appreso coloro che avessero letto i miei libri, tutte queste simulazioni, molto interessanti e promettenti, sono state effettuate nel 1993-1994, dapprima dal mio collega e amico Pierre Midy, su un vecchio Cray, poi da "Fred", un giovane ricercatore che ha preferito restare anonimo, cosa alla quale gli do pienamente ragione. I calcoli erano stati eseguiti "in sospeso" sul potente computer che gestiva i dati di un acceleratore europeo di particelle. Poi Fred aveva cambiato laboratorio e nella sua nuova unità tali cose non erano più possibili. L'approccio delle simulazioni numeriche fu quindi abbandonato per sei lunghi anni. Ma di recente è intervenuto un fatto nuovo. In primo luogo, le macchine hanno fatto tali progressi in sei anni (velocità e soprattutto capacità di memoria) che calcoli che prima erano possibili solo su potenti unità dedicate alla ricerca sono ora alla portata di... semplici privati. Due uomini, precisamente ingegneri in pensione ma appassionati di astrofisica e cosmologia, si sono quindi fatti avanti. Programmando da soli le loro macchine, avevano realizzato delle interessanti simulazioni, perturbando una "galassia numerica 2D" composta da 3000 punti massa con un "compagno di passaggio" formato da 300 punti. Insomma, lo schema classico che porta alla forma a spirale della "galassia dei cani da caccia", nota anche come M51. Quando si vedono queste immagini si pensa subito "questo corrisponde a ciò che si sapeva fare dieci anni fa nei centri di ricerca, con potenti mezzi di calcolo". Naturalmente, la struttura a spirale non si conserva. Scompare quando il compagno perturbatore si allontana (un aspetto ben noto da tempo). I nostri due ingegneri, incoraggiati da questi risultati promettenti, hanno quindi contattato sei astrofisici famosi chiedendo "indicazioni", ma nessuno di loro ha avuto la cortesia di rispondere. Io ero quindi il settimo astrofisico che contattavano. Immaginate bene che io invece sono stato felice di questo rinforzo e ho immediatamente messo questi nuovi collaboratori a lavorare su nuove simulazioni. A quanto pare, si stanno comportando molto bene e, se tutto va bene, avremo "risultati freschi" nei mesi a seguire. Attesa appassionante, poiché lo scopo non è altro che simulare la nascita di una galassia. Seguiamo l'evoluzione.

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