Demandez à Ethan: si la gravité attire, comment un «réflecteur dipôle» peut-il repousser la Voie lactée?

Effets attrayants et répulsifs relatifs des zones à haute et basse densité de la Voie lactée

L'une des choses les plus inhabituelles liées à l'Univers est la vitesse apparente élevée de la Voie lactée. Malgré le fait que les masses cosmiques ont récemment été marquées avec une précision sans précédent, elles ne sont toujours pas suffisantes pour lui donner une vitesse visible. L'idée de l'existence d'un « grand attracteur » ne correspond pas tout à fait à nos observations. Les masses présentes ne sont pas suffisamment «grandes». Mais la nouvelle idée de l'existence d'un réflecteur dipôle peut enfin expliquer ce mystère de longue date. Comment cela peut-il fonctionner et de quoi s'agit-il? Voici ce que le lecteur nous demande:

Quelle est la mécanique du réflecteur dipôle? Comment une région sans espace de la matière peut-elle repousser assez fortement (et généralement repousser) les galaxies?

L'expansion de l'espace signifie que plus la galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement de nous

Si vous regardez les galaxies disponibles pour l'observation, vous verrez qu'en moyenne elles s'éloignent de nous à une certaine vitesse: à la vitesse Hubble . Plus la galaxie est éloignée, plus la vitesse apparente avec laquelle elle s'éloigne de nous est rapide - telles sont les conséquences de l'existence dans un univers en expansion, régie par la théorie générale de la relativité. Mais ce n'est qu'une valeur moyenne. Chaque galaxie est superposée au sommet de son propre mouvement, connu sous le nom de vitesse particulière , existant en raison de l'influence gravitationnelle de toutes les imperfections de l'Univers sur elle.


Différentes galaxies de superamas de la Vierge regroupées. Aux plus grandes échelles, l'Univers est homogène, mais à l'échelle des galaxies ou des amas, les régions à densité augmentée et diminuée dominent.

La galaxie la plus proche de nous, Andromède , se déplace dans notre direction en raison de l'attraction gravitationnelle de la Voie lactée. Les galaxies de l'amas géant le plus proche - l'amas de la Vierge - reçoivent une augmentation de la vitesse de Hubble jusqu'à 2000 km / s. En étudiant le rayonnement relique, ou le fond micro-ondes de l'Univers, nous pouvons mesurer notre vitesse particulière dans l'Univers.


COBE mesuré CMB note notre mouvement à travers l'Univers par rapport au cadre de référence CMF au repos

Ce «dipôle cosmique» dans un sens a un décalage vers le rouge (nous nous éloignons de lui), et dans l'autre - bleu (nous nous en approchons), ce qui nous permet de recréer le mouvement de tout le groupe local. Nous, Andromède, la galaxie Triangle et tout le reste se déplace à une vitesse de 631 km / s par rapport au ruisseau Hubble, et nous savons que la gravité doit être la raison. En observant l'emplacement des galaxies, nous pouvons marquer leurs masses et calculer les forces de leur attraction.


Coupe bidimensionnelle des régions de densité élevée (rouge) et faible (bleu / noir) de l'Univers près de nous

Grâce au récent projet Cosmic Flows , nous avons non seulement marqué l'Univers le plus proche de nous avec une précision sans précédent, mais nous avons également constaté que la Voie lactée est située à l'arrière d'un ensemble géant de galaxies qui nous attire vers lui: Laniakei . Il apporte une contribution significative à notre vitesse particulière, mais ce n'est pas suffisant pour une explication complète. L'attraction gravitationnelle ne représente que la moitié de la bataille. Et la seconde moitié concerne la répulsion gravitationnelle. Laisse-moi t'expliquer.


Si tous les lieux et directions étaient également denses, il n'y aurait pas d'attraction prédominante. Mais les régions de haute densité attirent davantage et les régions de faible densité - plus faibles, ce qui crée une répulsion efficace

Imaginez un univers dans lequel des masses égales sont également réparties dans toutes les directions. Dans toutes les directions, en tous lieux, l'Univers est rempli de matière de même densité. Si vous placez une masse supplémentaire à une certaine distance sur votre gauche, l'attraction gravitationnelle vous tirera vers la gauche.

Mais si vous enlevez une partie de la masse à la même distance à votre droite, vous serez toujours attiré vers la gauche! Dans un univers parfaitement homogène, vous serez tiré également dans toutes les directions, et ces forces d'attraction seront mutuellement détruites. Mais si vous enlevez un peu de masse dans une direction, cela ne vous attirera pas autant, vous serez donc tiré dans l'autre direction.


Les dipôles se trouvent le plus souvent dans l'électromagnétisme

Techniquement, ce n'est pas de la répulsion gravitationnelle, car la gravité attire toujours seulement, mais comme vous êtes moins attiré dans une direction que dans les autres, la région de faible densité fonctionne en fait comme un répulseur gravitationnel. Vous pouvez même imaginer une situation dans laquelle, d'une part, vous aurez une région avec une densité accrue, et d'autre part, avec une zone réduite. Vous ressentirez simultanément une attraction accrue d'un côté et une «répulsion» accrue de l'autre. C'est exactement ce que l'idée d'un réflecteur dipôle décrit.


Attraction gravitationnelle (bleue) des régions à haute densité et répulsion relative (rouge) des régions à faible densité affectant la Voie lactée

Il est difficile de mesurer exactement où se trouve une région de faible densité, car il n'y a généralement pas de galaxies dans les régions de densité moyenne et faible. Mais l' entrée de l' espace récemment découverte, située non loin de nous et située de l'autre côté de nous par rapport à un grand amas de galaxies qui nous attirent, est responsable de 50% de notre mouvement particulier - c'est exactement ce qui manquait dans les calculs, où une seule région de haute densité était impliquée. .

Enfin, nous avons pu trouver une solution à ce mystère - pourquoi notre Soleil, notre galaxie et notre groupe local se déplacent exactement comme ils se déplacent. La gravité ne repousse jamais la masse, mais une diminution de l'attraction d'un côté par rapport aux autres se comporte exactement de la même manière que la répulsion. On peut distinguer l'attraction dans un sens et la répulsion dans l'autre, mais en astrophysique tout cela n'est qu'une: les forces et les accélérations. Cela n'a rien à voir avec l'énergie sombre ou la mystérieuse cinquième interaction ; c'est simplement un excès de matière dans un sens et un manque de matière dans l'autre. En conséquence, nous nous déplaçons à travers l'univers à notre manière particulière.

Ethan Siegel - astrophysicien, vulgarisateur scientifique, auteur de Starts With A Bang! Il a écrit les livres «Beyond the Galaxy» [ Beyond The Galaxy ] et «Tracknology: the science of Star Trek» [ Treknology ].