Pregúntele a Ethan No. 67: la materia oscura contra la energía oscura
El universo se ve extraño: la abundancia de galaxias, muchos cúmulos, pero no hay nada mucho más grande en tamaño. ¿Por qué se volvió así?
Nos preocupamos de manera improbable por la formación de nuestras creencias, pero encontramos en nosotros una pasión injustificada por ellas, tan pronto como alguien sugiere privarnos de su compañía
- James Harvey Robinson
Por supuesto, la mayoría de nosotros tenemos ideas sobre cómo nuestro Universo se convirtió en lo que es. Pero algunos detalles, no importa cuán científicamente sólidos sean, son confusos. Esta semana, Tom Anderson me hace una pregunta:La materia oscura atrae, la energía oscura repele. La energía oscura apoya continuamente la expansión del espacio entre galaxias / cúmulos conectados gravitacionalmente, y la visión científica actual es que se expandirá, se enfriará para siempre y todo terminará con una "gran congelación". Pero los sistemas acoplados gravitacionalmente no se expanden, y la fuerza gravitacional combinada de la materia oscura y ordinaria es igual o mayor que la fuerza repulsiva de la energía oscura y la energía ordinaria. ¿Por qué el universo incluso se expandió después del Big Bang? ¿Por qué la materia oscura no contrarrestó la energía oscura al comienzo del Universo?La pregunta es rica, así que dividámosla en partes.
Los principios del trabajo del Universo y la formación de estructuras, como estrellas, galaxias y cúmulos, están más allá de los límites de nuestra experiencia cotidiana. Si está extremadamente simplificado, entonces el Universo consiste en expandir el espacio-tiempo, y la velocidad de expansión comienza con algún valor determinado por la física de la inflación cósmica y cómo termina el período inflacionario.
Pero la tasa de expansión no permanece constante al final de la inflación, ya que el Universo está lleno de todo tipo de otras formas de energía: radiación, materia, antimateria, neutrinos, materia oscura y una pequeña cantidad de energía inherente al espacio, conocida como energía oscura. Es una combinación de todo esto, que cambia con la expansión del Universo, lo que determina el cambio en la velocidad de expansión en el tiempo.
A escala global, si tomas todo el Universo, se vuelve a colapsar por completo, o se expandirá indefinidamente, o estará en el borde de estos dos casos, dependiendo de qué tipo de relación de todas las diferentes formas de energía presente en el Universo habrá.En el Universo en el que vivimos, todo se ve para que se expanda para siempre, y en el futuro, la energía oscura se convertirá en la fuerza dominante.
Pero este análisis no funciona en todas las escalas del Universo: solo describe el escenario a escala global. Él dice que en nuestro caso en el futuro, todos los objetos que no están conectados entre sí por la gravedad volarán separados entre sí con la aceleración.Pero quedan sistemas conectados por gravedad, que existen a pequeña escala en grandes cantidades, a mediana escala, con moderación y a gran escala, raramente, pero se encuentran. Y todos resultan ser parte de una historia cósmica.El Universo no nació perfectamente liso, con exactamente las mismas cantidades de materia, radiación, materia oscura y energía oscura en todos los lugares. Si esto fuera así, el Universo sería un mar terriblemente aburrido, idealmente homogéneo, donde todo sería igual en todas partes. No habría estrellas, galaxias, planetas, vacíos, personas, animales, vida, cúmulos, hilos.En cambio, desde el principio de los tiempos, ha habido áreas en el Universo con densidad aumentada y disminuida en todas las escalas: pequeña, mediana y grande.
La materia oscura ayuda a las áreas de alta densidad a crecer., y pueden hacerlo lo suficientemente rápido como para colapsar debido a la gravedad, en solo decenas de millones de años. Todo va como si pequeñas secciones aparecieran en el Universo con una densidad tan alta que si todo el Universo fuera tan denso, ¡volvería a colapsar con bastante rapidez!
Por supuesto, en muchas otras áreas, la densidad está por debajo del promedio, y distribuyen su materia a áreas de alta densidad. Si todo el universo fuera igual a estas áreas, tendríamos muy, muy pocas estrellas, galaxias y cúmulos.Pero es precisamente esta diversidad de condiciones iniciales en el Universo lo que nos permitió obtener la diversidad de todo lo que vemos ahora. Hay ganadores y perdedores en la batalla espacial entre la materia oscura y la energía oscura, la gravedad con expansión, en la batalla de las estructuras formadoras de "tracción" cósmica y la "repulsión" cósmica que lo impiden.Notamos fácilmente a los ganadores, porque emiten y absorben luz visible y luz de otras partes del espectro electromagnético, conducen a lentes gravitacionales, y dado que la presencia de algo es más fácil de detectar que la ausencia.
¡Pero hay áreas vacías que también importan, y que son mucho más que "completas"! La fuerza total de atracción de la materia oscura y ordinaria puede superar tanto la expansión inicial como la fuerza aceleradora adicional de la energía oscura, pero solo a escalas pequeñas y en tiempos bastante tempranos.Al aumentar la escala, vemos que la repulsión tiene más victorias, y en las escalas más grandes siempre gana.Al principio, el universo se expandió debido a las condiciones establecidas por la inflación, y la capacidad de volver a colapsar, gracias a la atracción gravitacional de la materia, la materia oscura, la radiación y los neutrinos, fue suficiente para las victorias solo en lugares seleccionados. La atracción no ganó en todas partes, sino solo en una minoría de casos, y perdió en promedio.Es por eso que, observando nuestro Universo, vemos muchas galaxias dispersas a su alrededor, muchas de las cuales se reunieron en grupos y grandes grupos, y en grandes escalas se alinearon a lo largo de las líneas. Pero estos grupos, que consisten en miles de galaxias y se extienden por cientos de millones de años luz, son probablemente las estructuras más grandes relacionadas con la gravedad. En una escala mayor, todas las estructuras son temporales, y la presencia de energía oscura eventualmente las alejará.Si hubiera un poco más de materia oscura en el Universo, 1/10 24 más, volvería a colapsar hace miles de millones de años. Durante mucho tiempo estuvo equilibrado con precisión, con la gravedad, ganando localmente, perdiendo, pero ahora, cuando la energía oscura comenzó a prevalecer, vemos que su efecto prevalecerá. Triunfará al final, a la mayor escala, y por todo lo que no estuvo sujeto a la gravedad en los primeros siete, más o menos, miles de millones de años de la vida del Universo.Gracias por la maravillosa pregunta, y espero que la explicación haya sido clara para usted y el resto. Envíame tus preguntas y sugerencias para los siguientes artículos.Source: https://habr.com/ru/post/es395785/
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