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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,
de peso desprezível. Acima, colocaríamos bolas com um certo peso, 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 uma pressão sobre a tela, mas em sentido contrário. Também poderíamos ajustar para que todas as bolas tivessem o mesmo diâmetro.
Se
existir uma 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 bolas pesadas se reúnam em algum lugar. Elas vão então afundar a tela e, ao fazê-lo, empurrar as
bolas de pingue-pongue para mais longe. Esquematicamente, ao fazer uma
secção, a superfície assumirá a forma a seguir:
Bolas pesadas
se reúnem e afundam a tela.
Elas
empurram as bolas de pingue-pongue, que se reúnem ao redor.
Intuitivamente,
imagina-se que os dois fenômenos, longe de se oporem, se conjugam. A presença desse anel de bolas em excesso ao redor da depressão vai acentuar seu afundamento, portanto o "confinamento" dessas
bolas densas.
A instabilidade
gravitacional poderia ser evocada, com uma única população, ao colocar bolas pesadas sobre um colchão de espuma suficientemente flexível. Que algumas delas se reúnam por acaso em algum lugar, e elas criarão uma depressão, na qual
suas vizinhas tenderão a descer. 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 reúnam em algum ponto da tela, elas irão incentivar suas vizinhas a se juntar a elas.
Com
este modelo de duas populações, bolas pesadas e bolas de pingue-pongue, temos dois efeitos conjugados, que evocam o fenômeno
de instabilidades gravitacionais conjuntas.
Este
modelo também tem a vantagem de ilustrar a simetria existente
entre os dois sub-sistemas.
Se
retomarmos o sistema de duas populações, isso daria o seguinte:
Bolas de pingue-pongue
se reúnem e arqueiam a tela.
Elas empurram as bolas pesadas para os arredores.
Procuramos então 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, 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 gera aglomerados, bastante rapidamente (seu tempo de acreção, inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade, é mais curto). Esses aglomerados (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 astrológica de 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 então estável. Os aglomerados de matéria fantasma estabilizam a distribuição lacunar de matéria e, inversamente, esta a retem dentro de suas "malhas". Isso explicaria a grande estabilidade obtida (da ordem da idade do universo). As "malhas" de matéria funcionariam então como barreiras de potencial em relação aos elementos de matéria fantasma provenientes dos aglomerados 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 se poderia saber
por aqueles que tiveram a leitura dos meus livros, todas essas simulações, bastante interessantes e promissoras, foram feitas em 93-94, primeiro pelo meu colega e amigo Pierre Midy, em um "velho Cray", depois por "Fred", um jovem pesquisador que preferiu permanecer anônimo, o que eu considero perfeitamente razoável. Os cálculos foram então realizados "de peruca" no poderoso computador que gerencia os dados de um acelerador de partículas europeu. Depois, Fred mudou de laboratório e em sua nova unidade tais coisas já não eram 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, sobretudo, capacidade de memória RAM) que cálculos que só eram viáveis 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" composta 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. Ao ver essas imagens, pensa-se imediatamente "isso corresponde ao que se sabia 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 eles contataram. Imagina-se bem que fiquei feliz 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 ser acompanhado.
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dossier "Cosmologia Gêmea"
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