univers gêmeos contra matéria escura e energia escura

Matéria dupla contra matéria escura

J.P. Petit, P. Midy

&

F. Landsheat

Congresso internacional sobre

Astrofísica e Cosmologia

"Onde está a matéria?"

Marselha, 25-29 de junho de 2001

Resumo

As recentes cartografias tridimensionais da matéria escura (Fort e Meillier, 1999) implicam a existência de "aglomerados escuras", compostos exclusivamente de matéria escura. Explorando uma nova abordagem, assumimos inicialmente que a matéria escura possui massa e energia negativas, e mostramos que esta hipótese é compatível com os dados observacionais: o espectro em escala muito grande (VLS), a formação das estruturas em espiral, o confinamento e as curvas de rotação das galáxias, bem como a lente gravitacional. Além disso, sugere um cenário possível para a formação das galáxias. Propomos uma nova descrição geométrica do par matéria-matéria escura, através de uma sobreposição de dois pontos de uma variedade M4, formando uma estrutura espaço-tempo com dois dobras (F, F̃). A dobra F̃ é chamada de dobra gêmea (Sakharov, 1967), e a matéria que ela contém é chamada de matéria gêmea. Neste contexto geométrico, a matéria (ordinária) e a matéria gêmea (com massa e energia negativas) interagem apenas pelas forças gravitacionais, sendo esta última invisível ópticamente a partir da nossa dobra do Universo. Dado que nosso mundo e o mundo gêmeo estão desconectados, isso impede encontros entre partículas de energia oposta. A teoria dos grupos mostra que a dualidade matéria-antimatéria é válida no universo gêmeo, e este está cheio de matéria simétrica segundo CPT e PT, de modo que a antimatéria simétrica segundo PT de Feynman é outra antimatéria da dobra gêmea, enquanto a matéria simétrica segundo CPT compõe a matéria da dobra gêmea, evolui no tempo inverso, é enantiomorfa e possui carga elétrica oposta. Apresentamos um sistema de equações de campo acopladas. Soluções exatas são derivadas, incluindo uma solução simétrica esférica, análoga à de Schwarzschild. Obtemos geometrias conjugadas, com curvaturas escalares opostas: R̃ = –R. Demonstra-se que a presença de matéria gêmea em uma porção adjacente do espaço cria uma curvatura local induzida negativa em nossa dobra, acompanhada de um efeito de lente gravitacional negativo. A comparação com os dados observacionais é discutida. Como modelo cosmológico, o par universo-universo gêmeo apresenta histórias diferentes. A matéria gêmea atua como matéria repulsiva e acelera a expansão do nosso universo, desempenhando o papel de uma "constante cosmológica". Ao contrário, a expansão do universo gêmeo é reduzida. Para a era radiativa, desenvolvemos um modelo com velocidade da luz variável, que garante a homogeneidade dos primeiros universos: a hipótese de inflação não é mais necessária. A natureza do tempo é discutida. Na aproximação newtoniana, uma teoria de instabilidade gravitacional conjunta é desenvolvida, baseada em duas equações do tipo Jeans acopladas. A partir da equação de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV), construímos um modelo de estrela de nêutrons com fuga (SNS), no qual um ponte espacial central ligando as dobras F e F̃ drena todo excedente de matéria no espaço gêmeo, evitando a criticidade geométrica. Isso questiona o modelo de buraco negro, cuja validade é contestada do ponto de vista teórico.

1 – Introdução

A matéria escura constitui atualmente a única resposta dada a qualquer problema astrofísico. Ela garante o confinamento das galáxias, molda suas curvas de rotação, é responsável pelos fortes efeitos de lente gravitacional observados e estrutura o espectro em escala muito grande (VLS). Um especialista contemporâneo da dinâmica galáctica injeta ad hoc uma distribuição de matéria escura em cada galáxia para ajustar sua curva de rotação observada, agora conhecida com boa precisão graças aos esforços de muitos observadores. No entanto, a dinâmica galáctica, tal como concebida por figuras como Oort e Chandrasekhar, baseada na resolução conjunta das equações de Vlasov e Poisson, tornou-se hoje uma caixa negra. As leis da física tornam-se difusas. Para explicar os problemas relacionados à nova avaliação da constante de Hubble, os teóricos reativam a famosa constante cosmológica, enquanto os físicos se perguntam sobre a origem da "força repulsiva do vácuo". A astronomia apresenta um paradoxo estranho: as observações tornam-se cada vez mais precisas, ricas e sofisticadas a cada ano, mas ninguém sabe como uma galáxia funciona ou se forma. A época contemporânea é dedicada à descoberta do invisível. Como a busca pelos MACHO terminou em fracasso após dez anos de esforços, todas as especulações são agora consideradas, com o objetivo de determinar do que é feita a matéria escura. Várias equipes de pesquisa apostam na observação (indireta) do neutralino, uma partícula exótica supostamente proveniente do mundo da supersimetria e dependendo de 120 parâmetros livres (sete, segundo os especialistas, com algumas hipóteses razoáveis e convenientes). Uma pesquisa ativa de "partículas astrofísicas" está se desenvolvendo em todos os lugares, em novos laboratórios. Na França, Fort e Meillier recentemente "cartografaram" a matéria escura, baseando-se nos efeitos de lente gravitacional observados. Desde 1989, eles desenvolveram um método adequado. Eles apresentaram [1], março de 2000, um mapa tridimensional de uma porção do Universo, revelando o invisível, a matéria escura subjacente. Mas em 1994, a primeira incoerência aparece [2]: os dois pesquisadores franceses descobrem uma porção do céu onde sua análise localiza uma importante concentração de matéria, desesperadoramente escura. Em 1998, uma nova imagem, obtida pelo CFHT, confirma o mesmo fenômeno, perto do aglomerado de galáxias Abell 1942.

Ver figura 1.

Fig. 1: Seta: a porção (escura) do céu onde a análise de Fort e Meillier localiza uma concentração de matéria escura equivalente a 5 × 10¹⁴ massas solares.
A fronteira do aglomerado exótico de matéria escura é indicada por laços fechados.

Surpresos, para esclarecer o problema, decidem realizar novas observações em diferentes faixas de frequência luminosa. Mas este resultado é confirmado. Se seu método for correto, um "aglomerado escuro" se encontra exatamente ali. Como diz Fort, interrogado em junho de 1999 [2]: "Parece difícil pensar que uma tal concentração massiva de matéria escura tenha capturado nenhuma galáxia nem nenhum gás". Dado que seu estudo abrange uma porção de céu de um grau quadrado, isso significa que, no futuro, uma vez que todo o céu seja cartografado por seu método, os astrofísicos terão que lidar com cerca de 10.000 "aglomerados escuros". Isso mostra que a questão da matéria escura ainda não está resolvida hoje: ainda há espaço para abordagens ousadas.

2. E as massas e energias negativas?

O Universo pode conter massas (e energias) positivas e negativas? Hoje, todas as especulações sobre as "partículas exóticas" são permitidas. Em primeiro lugar, suponha que nosso Universo seja uma mistura de massas positivas e negativas e examine as consequências. Podemos supor que esta matéria com energia negativa corresponda a um tipo de matéria exótica, interagindo apenas com a matéria ordinária pela força gravitacional, emitindo e capturando nenhum fóton (ou seja, esta matéria seria escura e invisível). Mais adiante, abordaremos outra hipótese, envolvendo uma "geometria exótica" (seção 8).

Escolha as leis de interação (que serão justificadas posteriormente, seção 12):

• As massas positivas se atraem mutuamente segundo a lei de Newton.
• As massas negativas se atraem mutuamente segundo a lei de Newton.
• Uma massa positiva m e uma massa negativa –m se repelem mutuamente segundo a "lei anti-Newton".

Esses resultados foram publicados anteriormente em Nuevo Cimento em 1994 [3]. As duas populações se separam, sofrendo instabilidades gravitacionais conjuntas.

3. Simulação 2D do VLS a partir da interação de duas populações de massas opostas.

Em 1970, Zel'dovich propôs sua famosa teoria dos "panquecas" [5].
O efeito de panqueca foi primeiramente demonstrado por Doroshkevich et al. [6], Klypin e Shandarin [7], bem como Centrella & Mellot [8]. Mellot e Shandarin (1990) deram uma demonstração elegante desse efeito usando cálculos bidimensionais, oferecendo uma resolução muito superior para um número dado de partículas [9]. Shandarin, Kofman e Pogosyan apresentaram um método poderoso e semi-analítico para prever a posição das panquecas a partir das condições iniciais [10] e [11]. Mais recentemente, Mellot usou um conjunto de 64³ partículas em 3D com condições de contorno periódicas. Segundo Mellot, as flutuações de densidade permanecem fracas. Como observa Peebles [12], "isso não pode ser toda a história, pois as panquecas observadas constituem um efeito transitório: com o tempo, a massa das panquecas flui para aglomerados tridimensionais. Isso significa que, se a folha local de galáxias fosse uma panqueca, ela deveria ter sido formada recentemente". Então Peebles se pergunta: "Existiria uma segunda geração de panquecas formada a partir da primeira?" Mas ele conclui imediatamente: "Isso não decorre da análise apresentada aqui, pois ela se baseia na continuidade do campo de velocidade, permitindo escrever um desenvolvimento em série para a evolução das posições relativas. Após a formação da primeira geração de aglomerados (que poderiam ser galáxias ou seus antecessores), o campo de velocidade geralmente não possui mais comprimento de coerência, e a análise baseada na continuidade não se aplica mais". Em conclusão, a teoria das panquecas não permite, no estado atual do conhecimento, descrever as grandes estruturas observadas. Vamos tentar outra coisa: tomamos como condições iniciais distribuições uniformes de massa para a matéria normal (que chamamos simplesmente de "matéria") e para a matéria gêmea.

Dada a densidade de massa da matéria e a (negativa) densidade de massa da matéria gêmea, escolhemos como condições iniciais:

Neste momento, observe simplesmente o que acontece. Realizamos simulações numéricas 2D com dois conjuntos de 5000 pontos de massa, supostamente representando aglomerados de matéria e matéria gêmea, com massas M > 0 e M̃ < 0 (o que significa que |M̃| = 64 M). Atribuímos a esses dois conjuntos distribuições maxwellianas de velocidades térmicas 2D com <V> = 4<V>. Ignoramos os fenômenos de expansão (muito difíceis de tratar, pois não sabemos como descrever a força gravitacional em um universo em expansão). O resultado é o seguinte: a população mais massiva, a da matéria gêmea, cujo tempo de Jeans é oito vezes mais curto que o da outra população, domina o jogo e forma aglomerados por instabilidade gravitacional, empurrando e confinando a outra população nos espaços restantes. Obtemos uma estrutura celular 2D. O tempo característico para a formação de toda a estrutura é próximo ao tempo de Jeans da população mais pesada (a matéria com massa negativa, ou seja, a matéria gêmea).

Fig. 2: Resultados das simulações realizadas por F. Landsheat.
Esquerda: aglomerados de matéria gêmea. Direita: estrutura de matéria.

Essas simulações 2D são notavelmente estáveis no tempo. Claro, são simulações 2D, então devemos considerar esse resultado como uma ilustração de uma ideia. As simulações 3D ultrapassam as capacidades do nosso sistema computacional. No entanto, acreditamos que em 3D obteríamos células 3D, semelhantes a bolhas de sabão unidas, centradas em torno de aglomerados com massa negativa. O padrão geral depende das condições iniciais. Quanto maior a temperatura da matéria gêmea, maiores os aglomerados. Essa abordagem, visando modelar a estrutura em grande escala do Universo, é fundamentalmente diferente das abordagens clássicas baseadas na matéria escura. Nos sistemas clássicos matéria-matéria escura, a estabilidade é problemática: a instabilidade gravitacional, aumentando localmente a densidade, aumenta as velocidades térmicas e faz desaparecer progressivamente as estruturas observadas. O sistema de duas populações que se repelem é qualitativamente diferente: cada população cria uma barreira potencial para a outra. Isso explica a grande estabilidade no tempo e no espaço: as células de matéria mantêm os aglomerados de matéria gêmea em seu lugar, e esses aglomerados impedem a dissipação da estrutura celular.

Na figura 5, notamos d o diâmetro de uma célula e f o diâmetro de um aglomerado. Para diferentes condições iniciais dadas, bem como para posições aleatórias dos pontos de massa, o número de aglomerados n_c (e de células na tela) varia pouco. O desvio padrão obedece a (a).

O mesmo ocorre com as massas e diâmetros dos aglomerados (b), (c).

Podemos examinar algumas características desse cálculo numérico particular. A matéria forma uma estrutura celular. Denotamos ρ_s a densidade média de massa da matéria nessa estrutura. Fora dos aglomerados, a matéria gêmea possui uma densidade constante (índice e, para "externo"), correspondendo a (d).

O diâmetro médio dos aglomerados, em relação ao diâmetro médio das células, obedece a (e).

Definimos uma espécie de "pseudo-temperatura", medindo a energia cinética média nesses "gases" 2D (f), com (g).
T refere-se a uma temperatura (de um gás de matéria) antes da formação das galáxias.

É possível estimar o efeito desses aglomerados hipotéticos de matéria gêmea sobre a luz proveniente de fontes distantes? Um fóton, localizado em nosso pliegue do Universo, não pode ser capturado por uma partícula de matéria gêmea, por razões puramente geométricas. No entanto, os aglomerados de matéria gêmea atuam sobre as trajetórias do fóton por lente gravitacional negativa. É possível detectar a presença desses aglomerados por meio de um teste cosmológico? Podemos estabelecer uma avaliação aproximada, considerando uma situação não realista em que o Universo é descrito como euclidiano e estacionário, o que é adequado para distâncias moderadas. Os diâmetros φ dos aglomerados de matéria gêmea são muito semelhantes. Como visto anteriormente, os desvios padrão são pequenos, de modo que podemos modelar o espaço, em grandes distâncias, como uma distribuição regular de células, cada célula contendo um aglomerado esférico no centro, e tomar o mesmo diâmetro φ para todos os aglomerados. Denotamos n a densidade de aglomerados, suposta constante no espaço (h). Um fóton se move com velocidade c. A seção eficaz de um aglomerado é (i). A frequência de encontros é (lembrando que o fóton não pode ser absorvido pelos aglomerados) (j). O percurso médio livre é (k).

É possível estimar o número de galáxias cuja imagem é alterada pelo efeito de lente negativa, a uma distância dada r? Segundo a teoria cinética, sabemos calcular a probabilidade de observar um percurso médio de comprimento dado r: é (l).
Seja (m) + (n) → (o). p depende fortemente do valor de a. A probabilidade p_e de observar um efeito de lente gravitacional é 1 – p, o que corresponde às curvas seguintes:

Fig. 3: Probabilidade de observar um efeito de anti-lente (lente negativa) em função da distância, para diferentes valores (relativos) do diâmetro dos aglomerados em comparação com o diâmetro das células.

Os resultados numéricos apresentados no artigo correspondem ao seguinte valor do diâmetro relativo dos aglomerados em comparação com as células:

Mas processos dissipativos podem ocorrer nos aglomerados, reduzindo drasticamente seu diâmetro e transformando esses objetos. A razão média atual (densidade de matéria gêmea / densidade de matéria normal), |ρ̃|/ρ, é de 64. Se os aglomerados se transformarem em objetos relativamente pequenos, poderíamos esperar obter imagens não alteradas das fontes distantes (quasares, galáxias). Um aglomerado de galáxias, em primeira aproximação, atua como uma lente biconvexa, enquanto um aglomerado de matéria gêmea atua como uma lente côncava. As imagens de galáxias distantes, atravessando tal lente gravitacional, deveriam aparecer menores, mais fracas e mais numerosas, como observa Peebles (ref. [12], p. 311).

4. Um esquema possível para a formação das galáxias.

……

Quando as células se formam, as duas populações se separam. Os aglomerados de matéria gêmea repulsam

Em

F, elimina todo excedente de matéria no espaço gêmeo, impedindo a criticidade geométrica. Isso questiona o modelo dos buracos negros, cuja validade é contestada com base teórica.

1 -

Introdução

. A matéria escura é hoje a resposta única a qualquer problema astrofísico. Ela garante o confinamento das galáxias, molda suas curvas de rotação, é responsável pelos efeitos observados de lente gravitacional forte, molda o VLS. Um especialista contemporâneo da dinâmica galáctica introduz hoje uma distribuição ad hoc de matéria escura em cada galáxia, para ajustar sua curva de rotação observada, agora conhecida com boa precisão graças aos esforços de muitos observadores. Mas a dinâmica galáctica, tal como concebida por homens como Oort, Chandrasekhar, a partir da resolução conjunta das equações de Vlasov e Poisson, é hoje uma caixa vazia. As leis da física tornam-se difusas. Para explicar o problema relacionado à nova avaliação da constante de Hubble, os teóricos reativam a famosa constante cosmológica, enquanto os físicos se perguntam de onde vem essa "força repulsiva do vácuo". A astronomia apresenta um paradoxo estranho: as observações tornam-se cada vez mais precisas, ricas e sofisticadas a cada ano, mas ninguém sabe como uma galáxia funciona ou se forma. A era contemporânea é dedicada à descoberta do invisível. Após dez anos de esforços, a busca por MACHO terminou em fracasso, todas as especulações são agora consideradas, o objetivo sendo descobrir do que é feita a matéria escura. Várias equipes se voltam para a observação (indireta) do neutralino, uma partícula exótica supostamente proveniente do mundo da supersimetria e dependendo de 120 parâmetros livres (segundo alguns especialistas, sete apenas, com algumas hipóteses convenientes e razoáveis). A pesquisa ativa de "partículas astrofísicas" começa em todos os lugares, em novos laboratórios. Na França, Fort e Meillier recentemente "cartografaram" a matéria escura, baseando seu estudo nos efeitos observados de lente gravitacional. Desde 1989, eles desenvolveram um método adequado. Eles apresentaram

[ 1 ]

, março de 2000,

um mapa em 3D de uma porção do Universo, revelando o invisível, a matéria escura subjacente. Mas em 1994 surge a primeira divergência [ 2 ]

. Os dois pesquisadores franceses descobrem uma porção do céu onde sua análise localiza uma forte concentração de matéria, desesperadoramente escura. Em 1998, uma nova imagem do CFHT mostra o mesmo fenômeno, perto do grupo de galáxias Abell 1942.

Ver figura 1.

Fig.1 : Seta : a (escura) porção do céu onde a análise de Fort e Meillier localiza uma concentração de matéria escura equivalente a 5 10

14

massas solares.

A fronteira do cluster de matéria escura exótica é indicada por laços fechados.

Perplexos, para resolver o problema, decidem fazer novas observações em diferentes frequências luminosas. Mas esse resultado é confirmado. Se seu método for correto, um "cluster escuro" se encontra ali. Como diz Fort, interrogado em junho de 1999

[ 2 ]

: "Parece difícil pensar que uma tal concentração enorme de matéria escura não tenha capturado nenhuma galáxia nem nenhum gás". Como seu estudo abrange uma porção do céu de um grau quadrado, isso significa que, quando um dia todo o céu tiver sido cartografado por seu método, os astrofísicos terão que lidar com cerca de 10 000 "clusters escuros". Isso mostra que a questão da matéria escura ainda não está clara hoje. Há espaço para abordagens alternativas.

E as massas e energias negativas?

O Universo poderia conter massas positivas e negativas, evidentemente associadas a uma energia negativa? Hoje, todas as especulações sobre as "partículas exóticas" são permitidas. Na primeira etapa, suponha que nosso Universo seja uma mistura de massas positivas e negativas e veja o que acontece. Podemos supor que essa matéria com energia negativa corresponda a um tipo de matéria exótica, que interagiria com a matéria ordinária apenas pela força gravitacional, não emitindo nem capturando nenhum fóton (essa matéria seria, portanto, escura e invisível). Mais tarde, abordaremos outra hipótese, envolvendo uma "geometria exótica" (seção 8).

Escolha as leis de interação (que serão justificadas posteriormente, seção 12).

• As massas positivas se atraem mutuamente segundo a lei de Newton.

• As massas negativas se atraem mutuamente segundo a lei de Newton.

• Uma massa positiva m e uma massa negativa

m

se repelem segundo uma "lei anti-Newton".

Resultados anteriores foram publicados em Nuevo Cimento em 1994

[3]

. As duas populações se separam, sofrendo instabilidades gravitacionais conjuntas.

Simulação 2D do VLS em termos de interação de duas populações, de massas opostas.

Em 1970, Zel'dovich propôs sua famosa teoria das "panquecas" [ 5

].

O efeito panqueca foi primeiramente demonstrado por Doroshkevich et al.

[ 6 ]

, Klypin e Shandarin

[ 7 ]

, e Centrella & Mellot

[ 8 ]

. Mellot e Shandarin (1990)

]

deram uma demonstração elegante desse efeito usando cálculos bidimensionais oferecendo uma resolução consideravelmente melhor para um número dado de partículas

[ 9 ]

. Shandarin, Kofman e Pogosyan apresentaram um método poderoso e semi-analítico para prever as posições das panquecas a partir das condições iniciais [ 10 ]

&

[ 11 ]

. Mais recentemente, Mellot usou um conjunto 3D de 643 partículas, com condições de contorno periódicas. Segundo Mellot, as flutuações de densidade permanecem fracas. Como observa Peebles [ 12 ]

« Isso não pode ser toda a história, pois as panquecas observadas são um efeito transitório: com o tempo, a massa das panquecas flui para aglomerados tridimensionais. Isso significa que se a folha local das galáxias fosse uma panqueca, ela teria de ter sido formada recentemente ». Pergunta então Peebles: « Existiria uma segunda geração de panquecas formada a partir da primeira? » Mas ele conclui imediatamente: « Isso não decorre da análise apresentada aqui, pois ela depende da continuidade do campo de velocidade, permitindo escrever um desenvolvimento em série para a evolução das posições relativas. Após a formação da primeira geração de aglomerados, que poderiam ser galáxias ou seus antecessores, o campo de velocidade geralmente não possui mais comprimento de coerência, e a análise baseada na continuidade não se aplica mais ». Em conclusão, a teoria das panquecas não pode, no estado atual do conhecimento, descrever as grandes estruturas observadas, então tentemos outra coisa: tomamos como condições iniciais distribuições uniformes de massa para a matéria ordinária (que chamamos simplesmente de "matéria") e para a matéria gêmea.

Dada a densidade de massa da matéria e a (negativa) densidade de massa da matéria gêmea, escolhemos como condições iniciais:

Neste momento, observamos simplesmente o que acontece. Realizamos simulações numéricas 2D com dois conjuntos de 5000 pontos de massa, supostamente representando alguns aglomerados de matéria e matéria gêmea, com massas M>0 e

M<0 (o que significa que

½

M

½

= 64 M). Atribuímos a esses dois conjuntos distribuições maxwellianas de velocidades térmicas 2D com <

V> = 4 < V > . Ignoramos os fenômenos de expansão (seria muito difícil de tratar, pois não sabemos como descrever a força gravitacional em um universo em expansão). O resultado é o seguinte. A população mais massiva, a da matéria gêmea, cujo tempo de Jeans é oito vezes mais curto que a da outra população, lidera o jogo e forma aglomerados, por instabilidade gravitacional, que repulsam e confinem a outra população no espaço restante. Obtemos uma estrutura celular 2D. O tempo característico de formação de toda a estrutura é próximo ao tempo de Jeans da população mais pesada (a matéria com massa negativa, ou seja, a matéria gêmea).

Fig.

2

: Resultados das simulações realizadas por F. Lansheat.

Esquerda: aglomerados de matéria gêmea. Direita: estrutura de matéria.

.

Essas simulações 2D são notavelmente estáveis no tempo. Claro, são simulações 2D, então devemos considerar esse resultado como uma ilustração de uma ideia. As simulações 3D ultrapassam largamente as capacidades do nosso sistema computacional. Mas acreditamos que em 3D obteríamos células 3D, semelhantes a bolhas de sabão unidas, centradas em torno de aglomerados com massa negativa. O padrão geral depende das condições iniciais. Quanto maior a temperatura da matéria gêmea, maiores os aglomerados. Essa abordagem, visando uma modelagem da estrutura em grande escala do Universo, é fundamentalmente diferente das abordagens clássicas baseadas na matéria escura. Nos sistemas clássicos matéria-matéria escura, a estabilidade é problemática: a instabilidade gravitacional, aumentando localmente a densidade, aumenta as velocidades térmicas e faz desaparecer progressivamente as estruturas observadas. O sistema de duas populações que se repelem é qualitativamente diferente, cada população criando uma barreira potencial para a outra. Isso explica a grande estabilidade no tempo e no espaço: as células de matéria mantêm os aglomerados de matéria gêmea em seu lugar, e os aglomerados impedem a dissipação da estrutura celular.

Na figura 5, seja d o diâmetro de uma célula e

f

o diâmetro de um aglomerado. Para diferentes condições iniciais dadas e posições iniciais aleatórias dos pontos de massa, o número de aglomerados n

c

(e de células na tela) não varia muito. O desvio padrão obedece a (a).

Mesmo para as massas e diâmetros dos aglomerados (b), (c)

Podemos examinar algumas características desse cálculo numérico particular. A matéria forma uma estrutura celular. Chamamos

r s

a densidade média de matéria nessa estrutura. Fora dos aglomerados, a matéria gêmea tem uma densidade constante (índice e, para "externo"), correspondendo a (d).

.

.

O diâmetro médio dos aglomerados, em relação ao diâmetro médio das células, obedece a (e).

Definimos uma espécie de "pseudo-temperatura", como medida da energia cinética média nesses gases 2D (f). Onde temos (g).

T refere-se a uma temperatura (de um gás de matéria)

antes

da formação das galáxias. Você pode estimar o efeito desses aglomerados hipotéticos de matéria gêmea sobre a luz proveniente de fontes distantes? Um fóton, localizado em nosso pliegue do Universo, não pode ser capturado por uma partícula de matéria gêmea, por razões puramente geométricas. Mas os aglomerados de matéria gêmea atuam sobre as trajetórias dos fótons por lente gravitacional negativa. A presença de aglomerados de matéria gêmea poderia ser detectada por um teste cosmológico? Podemos estabelecer uma avaliação aproximada, considerando uma situação não realista onde o Universo é descrito como euclidiano e estacionário, o que seria adequado para distâncias moderadas. Os diâmetros phi

dos aglomerados de matéria gêmea são muito semelhares. Como visto anteriormente, os desvios padrão são pequenos, de modo que podemos considerar o espaço, em grandes distâncias, como uma distribuição regular de células, com um aglomerado esférico no centro de cada célula, e podemos tomar o mesmo diâmetro

para todos os aglomerados. Chamamos n a densidade de aglomerados, suposta constante no espaço (h). Um fóton se move com velocidade c. A seção eficaz de um aglomerado é (i). A frequência de encontros é (lembrando que o fóton não pode ser absorvido pelos aglomerados) (j). O percurso médio livre é

(k).

Você pode estimar o número de galáxias cuja imagem seria alterada pelo efeito lente negativa, a uma distância dada r? A partir da teoria cinética, sabemos como calcular a probabilidade de observar uma trajetória livre de comprimento dado r. Ela é dada por (l).

Seja (m) + (n) então (o). p depende fortemente do valor de

a

. A probabilidade de obter um efeito lente gravitacional é 1 - p, o que corresponde às curvas:

Fig.

3

: Probabilidade de observar um efeito de anti-lente (lente negativa)

em função da distância, para diferentes valores (relativos) do diâmetro dos aglomerados

.

Os resultados numéricos apresentados no artigo correspondem ao valor

do diâmetro relativo do diâmetro dos aglomerados em relação ao diâmetro das células igual a :

Mas processos dissipativos podem ocorrer nos aglomerados, podendo reduzir significativamente seu diâmetro, transformando esses objetos. A razão média atual (densidade de matéria gêmea / densidade de matéria ordinária)

I r I / r

é de 64. Se os aglomerados se transformarem em objetos relativamente pequenos, poderíamos esperar obter imagens não alteradas provenientes de fontes distantes (quasares, galáxias). Um aglomerado de galáxias, grosso modo, age como uma lente biconvexa. Um aglomerado de matéria gêmea agiria como uma lente côncava. As imagens das galáxias distantes, passando por uma tal lente gravitacional, deveriam parecer menores, mais fracas e mais numerosas, como destaca Peebles (ref. [12], p. 311).

Um esquema possível para a formação das galáxias.

......

Quando as células se formam, as duas populações se separam. Os aglomerados de matéria gêmea repelem e comprimem a matéria ordinária, formando as paredes da célula. Nesse caso, a temperatura aumenta, e essa configuração geométrica particular é ótima para uma rápida dissipação da energia radiativa. A diminuição posterior da temperatura no gás das paredes as torna gravitacionalmente instáveis, e proto-galáxias se formam. Ao mesmo tempo, a matéria gêmea ocupa o espaço interestelar e exerce uma pressão de reação sobre elas, garantindo seu confinamento.

Fig.

4

: Um esquema possível para a formação das galáxias. Esquerda: a matéria é comprimida pelo efeito repulsivo dos aglomerados de matéria gêmea, localizados no centro das células. Direita: resfriamento radiativo rápido dessa matéria, que se torna instável e forma galáxias jovens.

Como vemos, esse modelo oferece novas perspectivas sobre problemas astrofísicos e merece cálculos em 3D. Vamos examinar mais precisamente a questão do confinamento das galáxias.

Galáxias confinadas pela pressão de reação da matéria gêmea circundante.

Todo mundo sabe que nenhum modelo auto-consistente de galáxia existe. Sua descrição permanece puramente empírica. A dinâmica galáctica permanece um mistério total. Hoje, os teóricos adicionam distribuições ad-hoc de matéria escura não identificada para ajustar as curvas de rotação do gás, é tudo. Tente modelar isso através da interação entre a matéria e a matéria gêmea circundante. Começamos com o perfil de densidade galáctica dado por Myamoto e Nagaï [13] :

Ao redor, instalamos uma série de cascas de matéria gêmea elípticas, com a mesma excentricidade, cuja densidade cresce do centro ao infinito (veja seu perfil de densidade, figura 5, abaixo). O campo newtoniano criado por uma dessas cascas espessas é dado por uma fórmula analítica simples [14].

Agora, adicionamos a galáxia, que reforça o campo gravitacional, principalmente perto do centro, onde a força de pressão equilibra o campo. Como mostrado na figura 3, a força gravitacional tem uma componente de confinamento segundo z. Esse fenômeno poderia explicar as velocidades anormalmente altas segundo z, destacadas por Bahcall ([16] e [17]) para as estrelas K. Uma análise completa e sistemática deve ser feita por esse método. Ao encontrar essas grandes velocidades, Bahcall conclui que alguma matéria escura deve estar presente no disco das galáxias. Segundo nosso modelo, isso poderia ser devido ao efeito repulsivo da

Fig

. 5 :

Distribuição ad-hoc de matéria gêmea, para um confinamento 3D.

A densidade é constante entre elipsoides planos homotéticos sucessivos.

matéria escura repulsiva circundante: uma interpretação alternativa. Em geral, a partir de dados observacionais, as pessoas podem calcular a distribuição

« convencional » de matéria escura no espaço. Da mesma forma, a partir dos mesmos dados observacionais, é possível construir uma distribuição correspondente

de matéria escura repulsiva, pelo método apresentado acima. A intensidade local do campo gravitacional depende da distribuição escolhida. Aqui