matéria escura repulsiva

matéria escura repulsiva

Materia escura repulsiva (p1)

Materia escura repulsiva.

** Jean-Pierre Petit e P. Midy ** Observatório de Marselha, França ---

Resumo :

Exploramos os aspectos fenomenológicos de um sistema de duas populações cuja dinâmica envolve tanto forças atrativas quanto repulsivas. Uma nova estrutura geométrica, com dois dobras, associada a duas equações de campo acopladas pelo campo gravitacional, permite contornar o obstáculo das "massas negativas" e torna assim concebível um sistema no qual as energias de todas as partículas são positivas. Mostramos que, nessas condições, a matéria da segunda população é geometricamente não observável e, assim, adquire o status de matéria escura repulsiva. As galáxias estariam localizadas em cavidades de uma distribuição homogênea de matéria escura repulsiva. Isso gera um efeito de confinamento com uma curva de rotação realista. Mostramos que a lente gravitacional negativa, associada à matéria escura repulsiva, poderia explicar os fortes efeitos observados, oferecendo assim uma alternativa ao modelo clássico de matéria escura. Derivado desse novo modelo cosmológico, a idade do Universo torna-se de 15,7 bilhões de anos, devido à interação dos dois tipos de matéria.

1) Introdução. ** **
...Hoje em dia, já não é mais possível explicar as observações astronômicas apenas com base na matéria observável. Por isso, o conceito de matéria escura se tornou progressivamente evidente. Diversas hipóteses foram propostas sobre a natureza desse componente invisível do Universo, que deveria contribuir para a formação do campo gravitacional e, assim, gerar o efeito da massa faltante nas galáxias e na lente gravitacional. Os MACHOs se revelaram decepcionantes. Alguns recorrem a partículas cuja existência física permanece especulativa, como os neutrinos massivos. Até o momento, nenhuma formulação prevaleceu, e muitas hipóteses permanecem possíveis sobre essa matéria escura. Neste artigo, propomos estudar as consequências de uma interação gravitacional entre nossa matéria (massa m) e uma matéria escura particular, composta por massas m*, tais que:

• m e m' se atraem segundo a lei de Newton

• m* e m*' se atraem segundo a lei de Newton

• m e m* se repelem segundo uma lei semelhante à de Newton

Chamaremos m* de "matéria escura repulsiva".

Isso pode ser resumido simplesmente considerando a seguinte expressão:
(1)

onde as massas ma e mb podem ser positivas ou negativas. Os físicos poderiam imediatamente objetar dizendo que partículas com massa negativa também têm energia negativa, o que carece de sentido físico. Na seção 3 do artigo, proporemos um novo contexto geométrico que torna possível a interação de duas populações, com massas m e m*, ambas positivas, cujas energias mc² e m*c² são positivas, de forma que as forças se enquadrem no esquema anterior. O fato de os dois sub-sistemas poderem interagir apenas por gravitação será justificado geometricamente.

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2) Matéria escura repulsiva confinando as galáxias.

...Há muito tempo se sabe que o campo gravitacional devido a uma distribuição de matéria inferida a partir das observações não poderia equilibrar as forças centrífugas nas galáxias. A massa faltante é cerca de três a cinco vezes a massa observada. Além disso, as curvas de rotação das galáxias mostram uma característica em degrau (velocidades excessivas na periferia) que não pode ser explicada a partir da distribuição observada da matéria. Assim, os pesquisadores tentaram evitar a explosão das galáxias e reproduzir esse aspecto das curvas de rotação introduzindo artificialmente distribuições de matéria escura ad hoc. Vamos agora examinar o modelo proposto, composto pela matéria ordinária (observada) e pela matéria escura repulsiva não observada, e ver se esse modelo pode garantir o confinamento das galáxias. Primeiramente, consideremos uma galáxia onde a matéria está distribuída segundo o modelo de Myamoto e Nagai [1]:
(2)

...Essa distribuição de matéria axialmente simétrica é suposta estar localizada em uma cavidade de uma distribuição uniforme de matéria escura repulsiva (Fig.1, onde a matéria ordinária está distribuída segundo a = 5; b = 1 em (2).

** ** Fig.1: A galáxia cercada por matéria escura repulsiva. Sistema axialmente simétrico.

...Dispondo a matéria escura repulsiva ao redor dela, com um gradiente de densidade arbitrário, ajustado com base empírica. Essa distribuição de massa pode ser descrita por uma superposição de elipsoides espessos, carregados de densidade de matéria** *ri (podendo ser positiva ou negativa), i sendo o índice do elipsoide massivo, com eixo horizontal ai e eixo vertical bi. O campo, dentro e fora desses corpos, é dado por fórmulas analíticas bastante simples ([2] e [3]). Dado um conjunto de elipsoides massivos, torna-se possível calcular o campo 3D. Na figura 1, representamos a densidade de massa r da matéria escura repulsiva pela variação da densidade de pontos brancos no espaço. Isso não resulta de uma simulação numérica realizada com pontos massivos, como a imagem poderia sugerir. A distribuição de massa foi descrita por um conjunto de elipsoides massivos, com parâmetros variados (comprimentos de eixo, densidade de massa).

...A figura 2 mostra a distribuição de matéria escura repulsiva escolhida. A figura 3 representa o campo gravitacional devido a essa matéria escura repulsiva, calculado segundo o método descrito acima. As escalas das figuras 1 e (2-3) são diferentes, as últimas sendo um zoom. A correspondência de escala é indicada. Como podemos ver, a distribuição de matéria escura repulsiva produz um efeito de confinamento na galáxia, tanto na direção r quanto na direção z. A figura 3 mostra a velocidade de rotação correspondente para a matéria escura repulsiva sozinha. Vemos que tal distribuição de matéria escura repulsiva permite velocidades periféricas significativas.

Fig. 2: A distribuição de matéria escura repulsiva escolhida: um conjunto de elipsoides chatos concêntricos, espessos, com densidade** *r(r) d sendo o diâmetro do elipsoide.