cosmologia dell'univers gemello, materia fantasma, astrofisica. 5: Risultati delle simulazioni numeriche in 2D. VLS. Su uno schema possibile per la formazione delle galassie.
Commento:
...Questo articolo faceva parte di quanto era stato inviato a A & A nell'ottobre 1996. Questa parte è stata ampiamente analizzata dal revisore anonimo della rivista, il quale ha posto un numero impressionante di domande durante i dieci mesi in cui è durato il nostro dialogo, puramente cortese e che ci dispiace sia stato così bruscamente interrotto dal direttore della rivista. Riguardo a un modello di questo tipo, si pone immediatamente la questione delle possibili conferme osservative. A tal fine sarebbe necessario immaginare test cosmologici, effetti che influenzano lo sfondo cosmico, principalmente dovuti ai "grumi" di materia fantasma supposti posizionati al centro dei grandi vuoti attorno ai quali si distribuiscono le galassie. Il diametro medio di questi aggregati dipende fortemente dalle "condizioni iniziali" scelte. Aumentando la temperatura T* della materia fantasma, il loro diametro aumenta. Di seguito i risultati ottenuti con temperature più elevate.
**Fig.**1: Gli aggregati di materia fantasma.
**Fig.**2: Qui sovrapposti alla materia.
**Fig.**3: La struttura cellulare della materia.
Si osservi (tratto dall'articolo):
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che la probabilità di occultazione, a una distanza data r, decresce molto rapidamente in funzione del diametro medio f degli aggregati. La grandezza d è invece un parametro fisso (dimensione media delle bolle della VLS). Si ottiene così una struttura più regolare per la materia. Ma l'estensione di tali aggregati sarebbe tale da occultare anche galassie relativamente vicine, situate a meno di un miliardo di anni luce. Si sa che il loro effetto sulla luce è un lensing negativo, equivalente all'osservazione di uno scenario attraverso una lente divergente. L'effetto consiste nel ridurre il diametro apparente degli oggetti sullo sfondo e nel concentrarli. Vedi figure 4, 5 e 6.
Effetti di lensing gravitazionale positivo e negativo.
**Fig.**5: Analogia con l'ottica.
**Fig.**6: Effetto sullo sfondo. Ciò creerebbe, per alti redshift, un'apparenza di abbondanza di galassie nane. Ora, secondo Peebles, è proprio questo ciò che si osserva. Classicamente, gli astrofisici pensano che quando l'universo fosse più giovane, per una ragione non specificata, si sarebbero formate per prime galassie nane. Poi sarebbero apparsi oggetti più massicci, per "cannibalismo galattico". Il presente modello costituirebbe un'interpretazione alternativa di questo aspetto delle osservazioni a grande redshift.
Se esistessero, quale potrebbe essere la struttura di questi aggregati di materia fantasma? Possiamo solo congetturare. In ogni caso, nel nostro pensiero, tutto si formerebbe di seguito: la VLS, i grumi e le galassie. Il fatto di trattare il problema come abbiamo fatto, cioè partendo da "condizioni iniziali" calcolate "dopo l'espansione", è in sé un'anomalia. Sarebbe necessario riuscire a gestire tutti i fenomeni congiuntamente. Ma non sappiamo come affrontare questo problema (in ogni caso, dal 1994, da quando Frédéric Landsheat non ha più a disposizione un grande sistema informatico, non abbiamo più mezzi di calcolo).
Se potessimo farlo, forse potremmo costruire un modello più coerente della formazione e dell'evoluzione possibile di tali aggregati. Abbiamo proposto in questo articolo un modello per la formazione delle galassie: proprio perché la materia sarebbe compressa in lastre sottili, potrebbe espellere energia in modo molto efficace per irraggiamento. Diventando improvvisamente instabile, si condenserebbe in proto-galassie. La materia fantasma circostante sarebbe spinta nello spazio intergalattico, dove eserciterebbe immediatamente una pressione contraria su queste giovani galassie (effetto della massa mancante). Ma la sua temperatura relativamente elevata le conferirebbe, in questi luoghi, un'omogeneità sufficiente da non creare, per lensing negativo, effetti notevoli. Ricordiamo che l'effetto di lensing gravitazionale è nullo quando la materia attraversa un mezzo omogeneo, indipendentemente dalla sua densità.
Sarebbe estremamente interessante simulare, anche solo in 2D, le interazioni tra galassie localizzate in questi vuoti di materia fantasma (che le accompagnano ovviamente nel loro movimento). Logicamente, se queste galassie si avvicinassero sufficientemente e i vuoti venissero a contatto, ciò faciliterebbe la loro fusione (merging). Vedi lo schema suggerito nella figura 7.
Proposta di uno schema di merging di due galassie.
Se la materia, dopo aver subito questa compressione in lastre sottili, è riuscita a generare galassie grazie alla possibilità di raffreddarsi in modo efficace, non sarebbe lo stesso per gli aggregati, più compatti, forse sferoidali. In linea di principio, e ciò sarà esaminato in altri articoli, non ci sarebbe una differenza di natura tra materia e materia fantasma. Entrambe sarebbero costituite da nuclei, protoni, neutroni, elettroni, atomi, più tutte le corrispondenti antiparticelle (nell'articolo [15] si dimostra che la dualità materia-antimateria opera anche nell'universo fantasma). Ma per descrivere un tale mezzo sarebbe necessario avere qualche intuizione sulla nucleosintesi primordiale in atto nella materia fantasma, cioè poter descrivere con una certa precisione la sua fase radiativa. Potrebbe quindi essere composta da idrogeno ed elio derivanti da questa nucleosintesi primordiale, in quantità incommensurabile.
Si potrebbe allora paragonare gli aggregati a immense proto-stelle. La quantità di calore, per una stessa temperatura, è proporzionale al cubo del raggio dell'oggetto e la superficie emittente al quadrato. Qual sarebbe quindi il tempo di raffreddamento di tali aggregati? Forse molto maggiore dell'età dell'universo. Così, questo gas primordiale dell'universo fantasma non avrebbe mai potuto espellere abbastanza calore per irraggiamento da contrarsi fino a far apparire la fusione al centro (700.000 gradi almeno).
Si può quindi congetturare che l'universo fantasma non contenga elementi più pesanti dell'elio, a causa della mancanza di stelle in cui poterli produrre. Tali aggregati sarebbero allora, per un viaggiatore che si avventurasse in questo anti-mondo, semplici masse immense di gas emittente nella regione rossa e infrarossa.
Ma in altri lavori suggeriremo che stelle di neutroni raggiunte la massa critica potrebbero espellere materia nell'universo fantasma, creando un ponte ipertorico, in modo "dolce" oppure attraverso trasferimenti più bruschi, ad esempio provocati dalla fusione di un sistema binario composto da due stelle di neutroni orbitanti attorno a un centro di gravità comune. Si sa (lavori di Thibaud-Damour) che l'emissione di onde gravitazionali rallenta il loro moto di rotazione. Tali fusioni sembrano quindi inevitabili.
Tali trasferimenti arricchirebbero allora l'universo fantasma di elementi pesanti. Tutto ciò, lo precisiamo, al momento è pura congettura. Supponiamo che durante un trasferimento brusco la maggior parte della massa venga espulsa nell'universo fantasma, dove rimarrebbe, al posto della stella di neutroni che semplicemente si sarebbe trasformata in una stella di neutroni fantasma. Nel caso di un'espulsione continua di materia, per questo "eccesso", questa si disperderebbe nell'universo fantasma, venendo poi respinta dalla stella di neutroni da cui proviene, rimasta...