univers gêmeos
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...A seguir, um modelo didático destinado a ilustrar o fenômeno das instabilidades gravitacionais conjuntas. Imaginemos uma espécie de piscina. Na metade da altura, debaixo d'água, colocaríamos uma tela horizontal, flexível e de peso desprezível. Acima, colocaríamos bolas com certa massa, que, portanto, pressionariam a tela. Abaixo, disporíamos uma quantidade igual de bolas de pingue-pongue, de mesmo volume. Essas, sensíveis ao empuxo de Arquimedes, também exerceriam pressão sobre a tela, mas no sentido oposto. Também poderíamos ajustar para que todas as bolas tivessem o mesmo diâmetro.
...Se houver a mesma distribuição uniforme de bolas pesadas e bolas de pingue-pongue de ambos os lados, a resultante das forças exercidas sobre a tela será nula em todos os pontos e a tela permanecerá horizontal (a curvatura será nula). Mas o acaso pode fazer com que algumas bolas pesadas se agrupem em algum lugar. Elas, então, irão afundar a tela e, ao fazê-lo, empurrarão as bolas de pingue-pongue para longe. Esquematicamente, ao fazer um corte, a superfície assumirá a aparência a seguir:
**As bolas pesadas se agrupam e afundam a tela.
**Elas empurram as bolas de pingue-pongue, que se agrupam ao redor.
...Intuitivamente, imagina-se que esses dois fenômenos, longe de se oporem, se conjugam. A presença desse anel de bolas em excesso ao redor da depressão irá acentuar seu afundamento, portanto o "confinamento" dessas bolas densas.
...A instabilidade gravitacional poderia ser evocada com uma única população, colocando bolas pesadas sobre um colchão de espuma suficientemente flexível. Que algumas delas se agrupem por acaso em algum lugar, elas criarão uma depressão na qual suas vizinhas tenderão a cair. Chamamos isso de fenômeno de acreção.
...Se tomássemos uma tela e colocássemos apenas abaixo dela bolas de pingue-pongue, esse sistema também seria instável. Que algumas bolas de pingue-pongue se agrupem em algum ponto da tela, elas induzirão suas vizinhas a se juntar a elas. Com esse modelo de duas populações — bolas pesadas e bolas de pingue-pongue — temos dois efeitos conjugados, que evocam o fenômeno de instabilidades gravitacionais conjuntas. Esse modelo também tem a vantagem de ilustrar a simetria existente entre os dois sub-sistemas.
...Se retornarmos ao sistema de duas populações, obteríamos o seguinte:
As bolas de pingue-pongue se agrupam e arqueiam a tela.
Elas empurram as bolas pesadas para os arredores.
...Assim, procuramos testar essa ideia partindo de duas distribuições:
- Matéria fria, densidade r
- Matéria fantasma de densidade r * @ 64 r, mais quente: A velocidade média de agitação térmica no universo fantasma V*th sendo quatro vezes maior que na nossa realidade, parâmetros derivados do estudo das expansões conjuntas dos dois universos, [ver no site: Física Geométrica, 3, seção 3 e figura 5].
...Os cálculos foram realizados por meio de simulações numéricas 2D com dois conjuntos de 5000 pontos-massa. São apenas indicativos. Seria necessário realizar cálculos em 3D e, para isso, poder gerenciar um número muito maior de pontos-massa, o que nosso sistema não era capaz de fazer. Portanto, não se deve levar esses resultados 2D ao pé da letra.
...Qualitativamente, a matéria fantasma lidera o jogo. Ela dá origem a conglomerados, de forma bastante rápida (seu tempo de acreção, inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade, é mais curto). Esses conglomerados (clumps) então empurram nossa própria matéria para o espaço residual, conferindo-lhe assim sua configuração lacunar. Ver: J.P. Petit, P. Midy e F. Landsheat: Física astrofísica da matéria fantasma. 5: Resultados de simulações numéricas 2D. VLS. Sobre um possível esquema para a formação de galáxias. [Ver no site: Física Geométrica A, 8, 1998.]
Os dois superpostos:
...O interesse é que essa distribuição torna-se estável. Os aglomerados de matéria fantasma estabilizam a distribuição lacunar da matéria, e, inversamente, essa distribuição aprisiona esses aglomerados em suas "malhas". Isso explicaria a grande estabilidade obtida (da ordem da idade do universo). As "malhas" de matéria fria funcionariam então como barreiras de potencial em relação aos elementos de matéria fantasma provenientes dos conglomerados e acelerados durante colisões (no sentido anglo-saxão de "encounter", ou seja, interação binária entre dois pontos-massa de matéria fantasma).
Observação (fevereiro de 2000):
Todos esses resultados de cálculo datam de seis anos. Como poderiam saber os que leram meus livros, todas essas simulações, bastante interessantes e promissoras, foram feitas em 93-94, primeiro por meu colega e amigo Pierre Midy, em um "antigo Cray", depois por "Fred", um jovem pesquisador que preferiu permanecer anônimo, o que considero perfeitamente razoável. Os cálculos tinham sido realizados "em regime de penteado" no poderoso computador que gerenciava os dados de um acelerador de partículas europeu. Depois, Fred mudou de laboratório e, em sua nova unidade, tais coisas já não eram mais viáveis. A abordagem por simulação numérica foi, portanto, abandonada durante seis longos anos. Mas recentemente um novo fato ocorreu. Primeiro, as máquinas fizeram progressos tão grandes em seis anos (velocidade e, principalmente, capacidade de memória RAM) que cálculos que só eram possíveis em unidades poderosas dedicadas à pesquisa tornaram-se acessíveis a... simples particulares. Dois homens, precisamente engenheiros aposentados, mas apaixonados por astrofísica e cosmologia, então se manifestaram. Programando suas próprias máquinas, fizeram simulações bastante agradáveis, perturbando uma "galáxia numérica 2D" constituída por 3000 pontos-massa com um "companheiro passageiro" formado por 300 pontos. Em resumo, o esquema clássico que leva à forma espiralada da "galáxia dos cães de caça", também conhecida como M51. Quando se vêem essas imagens, pensa-se imediatamente "isso corresponde ao que sabíamos fazer há dez anos nos centros de pesquisa, com poderosos recursos computacionais". É claro que a estrutura espiral não perdurava. Desaparecia quando o companheiro perturbador se afastava (um aspecto bem conhecido há muito tempo). Nossos dois engenheiros, estimulados por esses resultados encorajadores, procuraram então seis astrofísicos conhecidos, pedindo "diretrizes", mas nenhum teve a cortesia de responder. Fui, portanto, o sétimo astrofísico que contataram. Imaginem bem que fiquei, ao contrário, encantado com esse reforço e imediatamente conectei esses novos colaboradores a novas simulações. Aparentemente, estão se saindo muito bem e, se tudo correr bem, teremos "resultados frescos" nos próximos meses. Expectativa fascinante, pois o objetivo não é outro senão simular o nascimento de uma galáxia. Assunto a acompanhar.
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