estrutura espiral

Matéria fantasma matéria astrofísica.6:

Estrutura espiral.(p10)

10. Impacto dos diferentes parâmetros.

Como mencionado anteriormente, os valores dos parâmetros são precisos. Indo muito longe deles, e a estrutura espiral não aparecerá mais. Nenhum equilíbrio será alcançado. Tentamos calcular várias simulações em torno dessas configurações ótimas. Vamos resumir aqui nossa experiência empírica:

• A frequência epicíclica comanda o número de braços. Um valor w = 1 dá uma estrutura de dois braços, enquanto = 2 dá quatro braços. Quando fica entre dois inteiros, a estrutura espiral torna-se muito incerta.

• A razão entre massa negativa e positiva m controla a curvatura dos braços. A estrutura do exemplo anterior corresponde a = 3.

Sob = 3, o halo é instável e se dissipa antes que uma estrutura espiral apareça. Isso significa que o processo dissipativo (atrito dinâmico) aquece a matéria positiva, que escapa através do halo.

Para valores acima de 3, a galáxia será cada vez mais compacta. Um volante aparece por volta de cinco. Uma espiral barrada completa essa estrutura. Para razões de massa m mais altas, o aglomerado está sob pressão demais e nenhuma estrutura espiral parece viável (mas, como apontado antes, isso poderia ser um artefato devido ao número relativamente baixo de pontos).

Os diferentes esquemas de galáxias foram desenhados na figura 15, em função da razão de massa. Os impactos dos parâmetros e (relacionados às velocidades térmicas) não foram explorados.

Fig. 17: Grand design esquemático versus razão de massa .

11. Conclusão.

Esses resultados parecem interessantes, mas temos que ser modestos por várias razões. Antes de tudo, lidamos com simulações 2d, não simulações 3d. Falando estritamente, isso não descreve o comportamento de pontos de massa, localizados em um plano, imersos em seu próprio campo gravitacional, mas o comportamento de "cordas" interagindo através de forças gravitacionais (e antigravitacionais). Isso vem da forma da equação de Poisson (36), que se refere a um meio tridimensional. Só podemos esperar que simulações totalmente 3d, aplicando-se a um sistema plano, com movimentos em z, forneçam resultados semelhantes.

Suponha que sim. Este modelo sugere um novo mecanismo que conduziria a estrutura espiral das galáxias. Encontramos dois regimes. Primeiro, um atrito dinâmico desacelera o núcleo central. Depois, um processo de ressonância gravitacional conduz o sistema e os braços se formam, devido a efeitos de maré. Eles não se dissipam por efeitos térmicos, como em outros trabalhos (o halo negativo age como uma barreira e impede sua dissipação). Essas estruturas permanecem estáveis por um número impressionante de voltas (50). Na verdade, sua origem é bem diferente. Encontramos barras, desenhos de volante. Parece ser um caminho promissor a explorar.

Por outro lado, esta "galáxia 2d" não possui gás. Basicamente, é composta por 10.000 "estrelas" ou "grupos de estrelas". A interação com o segundo conjunto de 10.000 objetos (cuja natureza não é precisada, exceto que possuem massa negativa) fornece um efeito não linear, um padrão espiral. Se pudéssemos adicionar algum gás neste sistema, possuindo uma massa positiva (uma ordem de magnitude menor que a massa do "material estelar": 10.000 objetos de massa positiva), e cujos elementos possuíssem uma velocidade térmica menor, esse gás deveria girar mais rápido, para equilibrar a força gravitacional e compensar a fraqueza do efeito de sua própria força de pressão. Esse gás deveria reagir ao campo não homogêneo, devido ao "conjunto de estrelas", e realçar a estrutura espiral. Se o contraste de velocidade entre o gás e o material estelar fosse grande em todos os lugares, isso deveria produzir um padrão de ondas de choque espirais, como observado. Se tal programa pudesse ser realizado, poderíamos obter uma descrição mais realista de uma galáxia.

Referências

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Agradecimentos:

Este trabalho é apoiado pelo CNRS francês e pela empresa A. Dreyer Brevets et Développement.

Depositado sob envelope lacrado na Academia de Ciências de Paris, 1998.

Comentários.

Este trabalho data de 1994. Só foi possível porque Frédéric Landsheat, que era então estudante no centro alemão de física de partículas alemão DAISY, tinha acesso a um grande sistema. Foi realizado inteiramente de maneira clandestina. Quando, tendo defendido sua tese sobre sistemas de aquisição de dados, este ganhou outro centro, essa atividade foi interrompida. Nenhum trabalho complementar foi realizado desde essa data e não conseguimos interessar os pesquisadores franceses, dispondo dos meios de cálculo ad hoc, a este tema de pesquisa.

Se uma equipe, na França ou no estrangeiro, quisesse retomar esses estudos exploratórios, ficaríamos muito felizes. Este trabalho foi submetido a numerosas revistas de publicação com comitê de leitura, sendo a cada vez acompanhado do filme mostrando o nascimento da galáxia barrada, no entanto muito sugestivo. Mas nenhuma o submeteu a um referee, contentando-se com respostas estereotipadas do tipo:

• Sorry, we don't publish speculative works.

Este ensaio é apenas um esboço muito grosseiro. Uma galáxia não é, longe disso, um sistema redutível a uma única população de pontos-massa. Além disso, o fenômeno da estrutura espiral não afeta o conjunto da galáxia, mas principalmente o gás interestelar, sendo a população I muito menos sensível ao fenômeno. Seria necessário, portanto, considerar simulações com duas populações, descrevendo a galáxia ela mesma. Seria também necessário representar a galáxia tal como seu confinamento pela ghost matter, se este modelo é válido, se apresenta, ou seja, rodeada de matéria repulsiva e relativamente quente.

Os parâmetros que modulam as condições iniciais são numerosos. Razão das densidades médias, velocidade de agitação nos dois meios, perfil das densidades na galáxia, perfil das velocidades. A passagem para 3d coloca o problema da potência dos sistemas atuais, insuficiente.

O que se deve reter de tal estudo?

• Um cenário de formação das galáxias espirais, sendo o fenômeno então permanente e não "transiente", como na teoria da francesa Françoise Combe. Estrutura que se constituiria bastante rapidamente, provavelmente desde o próprio nascimento da galáxia.

• A persistência de tal estrutura durante um número importante de voltas. Sabe-se que os outros modelos se chocam com a dificuldade de manter essa estrutura espiral. Trata-se de um fenômeno dissipativo, quer se trate da fase inicial, que evoca um atrito dinâmico, ou da fase seguinte, dominada pelos efeitos de maré. Durante a frenagem que aparece na primeira fase, o momento angular perdido pela galáxia é transferido à ghost matter circundante. Depois, essa transferência permanece mínima.

• A presença da ghost matter constitui uma barreira de potencial, na periferia, lá onde seu poder repulsivo é mais intenso (como no confinamento da galáxia, autorizando sobrevelocidades periféricas, ver artigo Repulsive dark matter, Geometrical Physics A, 3). Isso poderia explicar a não evasão dos pontos de massa acelerados pelo processo dissipativo.

• É interessante notar que, variando um pouco as condições iniciais (em particular a razão das massas implicadas), vê-se a estrutura espiral evoluir para uma espécie de volante barrado, típico nas observações de galáxias.

• Em trabalhos posteriores, estudaremos os efeitos de flutuações conjuntas das métricas, tendo por efeito modificar a razão das massas aparentes das duas espécies. Quando a massa aparente da ghost matter diminui, o confinamento fica afetado e a galáxia se desarticula. Simulamos esse fenômeno em 1994 e obtivemos imagens de galáxias irregulares (mas não se pode dizer que haja "galáxia irregular-tipo"). Um aumento da massa aparente da ghost matter, se nos parece poder ser responsabilizado pelos fenômenos QSO e galáxias de Syfert, devido à sua ação sobre o gás interestelar, poderia também, se se mantiver durante tempo suficientemente longo, transformar os "volantes barrados" em galáxias espirais, os braços, de certo modo, se "desdobrando".

É uma pena que pesquisas tão apaixonantes, que poderiam ser objeto de numerosos temas de tese, sejam assim deixadas ao abandono.