a202 Um modelo cosmológico: o big bang duplo. (p.2)
VLS: A estrutura muito grande do universo.
...Como mostram nossos trabalhos, a evolução conjunta dos dois universos não é idêntica. O universo fantasma possui uma densidade de massa r* mais elevada e uma temperatura T* mais elevada. Decidimos estudar as instabilidades gravitacionais conjuntas nesse tipo de mistura, onde, lembramos:
-
m atrai m (lei de Newton)
-
m* atrai m* (lei de Newton)
-
m e m* se repelem mutuamente (« lei anti-Newton »).
Algumas palavras sobre a instabilidade gravitacional (instabilidade de Jeans).
...Considere uma única população, um conjunto de massas m. Este meio possui uma densidade de massa r. Ele também possui uma velocidade térmica média Vth.
...Suponha que dentro do espaço, tenhamos uma região cuja escala característica é f, onde a densidade é maior. Ver figura (147).
(147)
...A velocidade térmica tende a dissipar essa concentração de massa, e o tempo característico de dispersão correspondente é:
(148)
...Imaginemos agora que essa velocidade térmica seja nula. Esse agrupamento tende a colapsar. Pode-se calcular o tempo característico de colapso:
(149)
...Por outro lado, qualquer agrupamento tende a atrair a matéria ao redor e a crescer. Essa perturbação crescerá se o tempo característico de acreção (tempo característico de colapso) for menor que o tempo de dispersão:
(150)
Encontramos um comprimento característico:
(150-a)
chamado comprimento de Jeans.
...Toda concentração de massa cujo tamanho ultrapasse esse comprimento de Jeans característico crescerá e formará aglomerados. Os menores se dissiparão.
...Quando um aglomerado de matéria se forma, ele se aquece, o que aumenta a força de pressão interna. Em última instância, a pressão interna interrompe o processo.
...Poderia-se pensar que a instabilidade gravitacional, a instabilidade de Jeans, forma galáxias, estrelas, etc. Mas não é tão simples. Por exemplo, no Modelo Padrão, quando t < 500.000 anos, a temperatura da mistura matéria-raio é superior a 3000 °K. A matéria (75% de hidrogênio, 25% de hélio) está então totalmente ionizada.
...A radiação, as ondas eletromagnéticas, atravessam com dificuldade os gases ionizados. Quando um astronauta está na fase de entrada atmosférica, seu veículo espacial é cercado por um gás quente e totalmente ionizado por vários minutos. Assim, nenhuma comunicação de rádio é possível, pois as ondas eletromagnéticas não conseguem atravessar a camada de gás ionizado que envolve seu veículo.
...Um raio luminoso é uma onda eletromagnética. Ele age sobre os elétrons livres, não sobre os elétrons ligados. Um gás ionizado contém muitos elétrons livres. Um gás neutro, nenhum. É por isso que, quando o Universo está quente e ionizado, a radiação e a matéria estão fortemente acopladas.
...Na matéria, a temperatura absoluta Tm é uma medida da velocidade térmica:
(150-b)
onde k é a constante de Boltzmann (k = 1,38 × 10⁻²³).
Quando:
-
matéria e radiação estão fortemente acopladas
-
radiação dominante (modelo padrão t < 500.000 anos)
então:
(150-c)
mas:
(150-d)
O comprimento de Jeans obedece a:
(150-e)
...A última corresponde à condição de conservação de massa durante o processo de expansão R(t). Vemos que o comprimento de Jeans varia como R(t). Assim, quanto mais jovem o universo, menor é o tamanho dos aglomerados que tendem a se formar.
...Quando t < 500.000 anos, a radiação impede a formação dos aglomerados. Mas imediatamente após o desacoplamento, os aglomerados de matéria podem se formar. Calculemos sua massa. Ela é:
(150-f)
...ou seja: 100.000 massas solares (massa típica de um aglomerado globular).
...De acordo com este esquema, os aglomerados globulares se formariam primeiro, logo após o desacoplamento. As galáxias, consideradas como conjuntos desses aglomerados, apareceriam depois, e assim por diante...
...Mas tudo isso ocorre em um universo em expansão rápida. Não sabemos como calculá-lo, nem como descrever a instabilidade gravitacional em um universo em expansão. Além disso, não sabemos como definir a lei de Newton em um universo em expansão.
...Em conclusão, temos vários esquemas para o nascimento das galáxias. Alguns acreditam que as estrelas se formam primeiro, depois as galáxias. Outros têm a opinião contrária...
...Seguindo esta ideia geral de estrutura hierárquica, pensava-se que, se as galáxias estivessem organizadas em aglomerados de galáxias (Coma, Virgem), em uma escala maior, esses aglomerados deveriam pertencer a super-aglomerados. Mas as observações (1977) revelaram uma estrutura completamente diferente. Ver figura (151):
(151)
...As galáxias estavam dispostas ao redor de grandes vazios (tipicamente com diâmetro de 100 anos-luz). Em uma escala muito grande (VLS), o universo parece bolhas de sabão unidas. Os aglomerados de galáxias correspondem aos pontos de interseção de três "dobras". Ver figura (152).
...Hoje, ainda é difícil explicar tais estruturas. Seguindo a ideia inicial do russo Zel'dovitch, Mellot realizou simulações numéricas em 3D. Mas as células obtidas não eram estáveis no tempo. Elas desapareciam rapidamente, a menos que se estabilizasse o sistema com uma distribuição artificial de matéria escura fria.
...O modelo matéria-repulsiva matéria fantasma oferece uma interpretação alternativa do fenômeno. Ver nosso artigo:
J.P. Petit, P. Midy e F. Landsheat : Astrofísica matéria-matéria fantasma. 5 : Resultados de simulações numéricas 2D. VLS. Sobre um esquema possível para a formação das galáxias. Geometria Física A, 8, 1998.