4
Di seguito, un modello didattico destinato a illustrare il fenomeno delle instabilità gravitazionali congiunte. Immaginiamo una sorta di piscina. A metà altezza, sott'acqua, si dispone una tela orizzontale, flessibile, di peso trascurabile. Sopra si posizionano delle palline dotate di un certo peso, che quindi esercitano una pressione sulla tela. Sopra, si dispongono una quantità uguale di palline da ping-pong, di volume uguale. Queste, sensibili alla spinta di Archimede, esercitano anch'esse una pressione sulla tela, ma in senso opposto. Si può anche organizzare in modo che tutte le palline abbiano lo stesso diametro.
Se esiste una distribuzione uniforme, identica, 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 può far sì che alcune palline pesanti si raggruppino in qualche punto. Esse quindi creeranno una depressione nella tela e, in tal modo, sposteranno le palline da ping-pong più lontano. In modo schematico, effettuando un taglio, la superficie assumerà l'aspetto seguente:
Palline pesanti si raggruppano e creano una depressione nella tela.
Spingono le palline da ping-pong, che si raggruppano intorno.
Intuitivamente, si immagina che i due fenomeni, lontani dal contrastarsi, si combinino. La presenza di un anello di palline in eccesso intorno alla depressione accentua il suo affondamento, quindi il "confinamento" di queste palline dense.
L'instabilità gravitazionale potrebbe essere illustrata anche 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 palline vicine tenderanno a scendere. Questo fenomeno si chiama accumulo.
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, tenderanno a spingere le vicine a raggiungerle.
Con questo modello a due popolazioni, palline pesanti e palline da ping-pong, si hanno due effetti congiunti che ricordano il fenomeno delle instabilità gravitazionali congiunte.
Questo modello ha anche il vantaggio di illustrare la simmetria esistente tra i due sottosistemi.
Se si riprende il sistema a due popolazioni, si ottiene quanto segue:
Palline da ping-pong si raggruppano e fanno sporgere la tela.
Spingono le palline pesanti verso l'esterno.
Si è quindi cercato di testare questa idea partendo da due distribuzioni:
- Materia fredda, densità
r
- Materia fantasma di densità
r *
@ 64 r
, più calda: la velocità media di agitazione termica nell'universo fantasma V*th è quattro volte maggiore rispetto al nostro, parametri derivati dallo studio delle espansioni congiunte dei due universi, [vedi sul sito:
Geometrical Physics,
3
, sezione 3 e figura 5
].
I calcoli sono stati effettuati tramite simulazioni numeriche 2D con due volte 5000 punti massa. Si tratta di risultati indicativi. Sarebbe necessario effettuare calcoli in 3D e, per fare ciò, 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 accumulo, inversamente proporzionale alla radice quadrata della densità, è più breve). Questi conglomerati (clumps) spingono quindi la nostra materia nel resto dello spazio, conferendole così la sua configurazione lacunare. Vedi: J.P. Petit, P. Midy e F. Landsheat: Matter ghost matter astrophysics. 5: Results of numerical 2d simulations. VLS. About a possible schema for galaxies' formation. [Vedi sul sito:
Geometrical Physics 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 intrappola i grumi nelle sue "maglie". Questo spiegherebbe la grande stabilità ottenuta (dell'ordine dell'età dell'universo). Le "maglie" di materia agirebbero quindi da barriera di 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 potete apprendere da chi ha letto i miei libri, tutte queste simulazioni, molto interessanti e promettenti, sono state fatte nel 1993-94, prima dal mio collega e amico Pierre Midy su un vecchio Cray, poi da "Fred", un giovane ricercatore che ha preferito rimanere anonimo, cosa alla quale do in pieno ragione. I calcoli erano stati effettuati "in sottrazione" sul potente computer che gestiva i dati di un acceleratore di particelle europeo. Poi Fred ha 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 centrale) 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, hanno ottenuto simulazioni abbastanza belle, perturbando una "galassia numerica 2D" composta da 3000 punti massa con un "compagno di passaggio" formato da 300 punti. In breve, lo schema classico che porta alla forma a spirale della "galassia dei cani da caccia", alias 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 noto da tempo). I nostri due ingegneri, stimolati da questi risultati incoraggianti, hanno quindi contattato sei astrofisici famosi chiedendo "indicazioni", ma nessuno ha avuto la cortesia di rispondere. Io ero quindi il settimo astrofisico che contattavano. Immaginate bene che io sia stato invece felice di questo rinforzo e ho immediatamente coinvolto questi nuovi collaboratori in nuove simulazioni. Apparentemente se la cavano molto bene e, se tutto va bene, avremo "risultati freschi" nei mesi a seguire". Attesa appassionante, poiché l'obiettivo non è altro che simulare la nascita di una galassia. Situazione da seguire.
Pagina precedente
Pagina successiva
Torna al sommario di questo dossier "Cosmologia Gemellare"
Torna al sommario Scienza