Pregúntele a Ethan: si la gravedad atrae, ¿cómo puede un "reflector dipolo" repeler la Vía Láctea?

Efectos relativamente atractivos y repulsivos de las áreas de alta y baja densidad de la Vía Láctea

Una de las cosas más inusuales relacionadas con el Universo es la aparente alta velocidad de la Vía Láctea. A pesar de que las masas cósmicas se han marcado recientemente con una precisión sin precedentes, todavía no son suficientes para darle velocidad visible. La idea de la existencia de un " gran atractor " no se corresponde con nuestras observaciones. Las masas presentes allí no son lo suficientemente "grandes". Pero la nueva idea de la existencia de un reflector dipolo finalmente puede explicar este misterio de larga data. ¿Cómo puede funcionar y de qué se trata? Esto es lo que el lector nos pregunta:

¿Cuál es la mecánica del reflector dipolo? ¿Cómo puede una región de materia libre de espacio repeler galaxias con bastante fuerza (y generalmente repeler)?

La expansión del espacio significa que cuanto más lejos esté la galaxia, más rápido se alejará de nosotros.

Si observa las galaxias disponibles para observación, verá que, en promedio, se alejan de nosotros a cierta velocidad: a la velocidad del Hubble . Cuanto más lejos está la galaxia, más rápida es la velocidad aparente con la que se aleja de nosotros: estas son las consecuencias de la existencia en un Universo en expansión, regido por la teoría general de la relatividad. Pero esto es solo un valor promedio. Cada galaxia se superpone sobre su propio movimiento, conocida como la velocidad peculiar , que existe debido a la influencia gravitacional de todas las imperfecciones del Universo sobre ella.


Diferentes galaxias de supercúmulos de Virgo agrupadas. En las escalas más grandes, el Universo es homogéneo, pero en las escalas de galaxias o cúmulos, dominan las regiones con mayor y menor densidad.

La galaxia más cercana a nosotros, Andrómeda , se está moviendo en nuestra dirección debido a la atracción gravitacional de la Vía Láctea. Las galaxias en el cúmulo gigante más cercano, el cúmulo Virgo, reciben un aumento en la velocidad del Hubble de hasta 2000 km / s. Al estudiar la radiación relicta, o el fondo de microondas del Universo, podemos medir nuestra velocidad peculiar en el Universo.


COBE mide CMB observa nuestro movimiento a través del Universo en relación con el marco de referencia CMF en reposo

Este "dipolo cósmico" en una dirección tiene un cambio rojo (nos alejamos de él) y en la otra, azul (nos acercamos), como resultado de lo cual podemos recrear el movimiento de todo el grupo local. Nosotros, Andrómeda, la galaxia del Triángulo y todo lo demás se mueve a una velocidad de 631 km / s en relación con la corriente del Hubble, y sabemos que la gravedad debe ser la razón. Observando la ubicación de las galaxias, podemos marcar sus masas y calcular las fuerzas de su atracción.


Sección bidimensional de regiones de alta (rojo) y baja (azul / negro) densidad del Universo cerca de nosotros

Gracias al reciente proyecto Cosmic Flows , no solo marcamos el Universo más cercano a nosotros con una precisión sin precedentes, sino que también descubrimos que la Vía Láctea se encuentra en la parte posterior de un conjunto gigante de galaxias que nos atrae: Laniakei . Él hace una contribución significativa a nuestra velocidad peculiar, pero no es suficiente para una explicación completa. La atracción por gravedad es solo la mitad de la batalla. Y la segunda mitad se relaciona con la repulsión gravitacional. Déjame explicarte.


Si todos los lugares y direcciones fueran igualmente densos, no habría atracción predominante. Pero las regiones de alta densidad atraen más, y las regiones de menor densidad, más débiles, lo que crea una repulsión efectiva.

Imagine un universo en el que las masas iguales se distribuyen uniformemente en todas las direcciones. En todas las direcciones, en todos los lugares, el Universo está lleno de materia de la misma densidad. Si coloca una masa adicional a cierta distancia a su izquierda, la atracción gravitacional lo empujará hacia la izquierda.

Pero si elimina parte de la masa a la misma distancia a su derecha, ¡todavía se sentirá atraído hacia la izquierda! En un universo perfectamente homogéneo, serás arrastrado por igual en todas las direcciones, y estas fuerzas de atracción serán destruidas mutuamente. Pero si eliminas un poco de masa en una dirección, no te atraerá tanto, por lo que serás arrastrado en la otra dirección.


Los dipolos se encuentran con mayor frecuencia en el electromagnetismo.

Técnicamente, esto no es repulsión gravitacional, ya que la gravedad siempre atrae, pero como te atrae menos en una dirección que en las otras, la región de baja densidad realmente funciona como un repulsor gravitacional. Incluso puede imaginar una situación en la que, por un lado, tendrá una región con mayor densidad y, por otro, con una reducida. Simultáneamente experimentará una mayor atracción por un lado y una mayor "repulsión" por el otro. Esto es exactamente lo que describe la idea de un reflector dipolo.


Atracción gravitacional (azul) de las regiones de alta densidad y repulsión relativa (rojo) de las regiones de baja densidad que afectan a la Vía Láctea

Es difícil medir exactamente dónde se encuentra una región de baja densidad, ya que generalmente no hay galaxias en regiones de densidad media y baja. Pero la entrada espacial recientemente descubierta, ubicada no lejos de nosotros, y ubicada al otro lado de nosotros con respecto a un gran grupo de galaxias que nos atrae, es responsable del 50% de nuestro movimiento peculiar: esto es exactamente lo que faltaba en los cálculos, donde solo participaban una región de alta densidad .

Finalmente, pudimos encontrar una solución a este misterio: por qué nuestro Sol, nuestra galaxia y nuestro grupo local se mueven exactamente como se mueven. La gravedad nunca repele la masa, pero una disminución de la atracción por un lado con respecto a los demás se comporta exactamente de la misma manera que la repulsión. Podemos distinguir entre atracción en una dirección y repulsión en la otra, pero en astrofísica todo esto es lo mismo: fuerzas y aceleraciones. Esto no tiene nada que ver con la energía oscura o la misteriosa quinta interacción ; es simplemente un exceso de materia en una dirección y una falta de ella en la dirección opuesta. Como resultado, nos movemos a través del universo de nuestra manera peculiar especial.

Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].