Pergunte a Ethan No. 67: Matéria Escura Contra a Energia Escura
O universo parece bizarro: a abundância de galáxias, muitos aglomerados, mas não há nada muito maior em tamanho. Por que ela se tornou assim?
Nós, improvavelmente, nos preocupamos com a formação de nossas crenças, mas encontramos em nós uma paixão injustificada por elas, assim que alguém sugere que nos privem de sua empresa
- James Harvey Robinson
Obviamente, a maioria de nós tem idéias sobre como nosso Universo se tornou do jeito que é. Mas alguns detalhes, por mais cientificamente sólidos que sejam, são confusos. Esta semana, Tom Anderson me faz uma pergunta:A matéria escura atrai, a energia escura repele. A energia escura apoia continuamente a expansão do espaço entre galáxias / aglomerados gravitacionais, e a visão científica atual é de que ela se expandirá, esfriará para sempre e tudo terminará com "grande congelamento". Mas os sistemas acoplados gravitacionalmente não se expandem, e a força gravitacional combinada da matéria escura e da matéria comum é igual ou superior à força repulsiva da energia escura e da energia comum. Por que o universo se expandiu após o Big Bang? Por que a matéria escura não neutralizou a energia escura no começo do Universo?A questão é rica, então vamos dividi-la em partes.
Os princípios do trabalho do Universo e a formação de estruturas, como estrelas, galáxias e aglomerados, estão além dos limites de nossa experiência cotidiana. Se for extremamente simplificado, o Universo consiste em expandir o espaço-tempo, e a velocidade da expansão começa com algum valor determinado pela física da inflação cósmica e como termina o período inflacionário.
Mas a taxa de expansão não permanece constante no final da inflação, uma vez que o Universo está cheio de todos os tipos de outras formas de energia: radiação, matéria, antimatéria, neutrinos, matéria escura e uma pequena quantidade de energia inerente ao espaço, conhecida como energia escura. É uma combinação de tudo isso - mudando com a expansão do Universo - que determina a mudança na velocidade da expansão no tempo.
Em uma escala global, se você pegar o Universo inteiro, ele se recupera completamente ou se expande indefinidamente, ou fica na fronteira desses dois casos - dependendo do tipo de proporção de todas as diferentes formas de energia presentes no Universo.No universo em que vivemos, tudo parece para que ele se expanda para sempre e, no futuro, a energia escura se tornará a força dominante.
Mas essa análise não funciona em todas as escalas do Universo: apenas descreve o cenário em escala global. Ele diz que, no nosso caso, no futuro, todos os objetos que não estiverem conectados um ao outro pela gravidade se afastarão um do outro com aceleração.Mas ainda existem sistemas conectados pela gravidade, existindo em pequena escala em grandes quantidades, em média - com moderação e em grande escala - raramente, mas encontrados. E todos acabam fazendo parte de uma história cósmica.O Universo não nasceu perfeitamente liso, com exatamente as mesmas quantidades de matéria, radiação, matéria escura e energia escura em todos os lugares. Se assim fosse, o Universo seria um mar terrivelmente chato, idealmente homogêneo, onde tudo seria o mesmo em todo lugar. Não haveria estrelas, galáxias, planetas, vazios, pessoas, animais, vida, aglomerados, fios.Em vez disso, desde o início dos tempos, houve áreas no Universo com densidade aumentada e diminuída em todas as escalas: pequena, média e grande.
Matéria escura ajuda a crescer áreas de alta densidade, e eles podem fazer isso rápido o suficiente para entrar em colapso devido à gravidade, em apenas dezenas de milhões de anos. Tudo corre como se pequenas seções aparecessem no Universo com uma densidade tão alta que, se todo o Universo fosse tão denso, ele se recuperaria rapidamente!
Obviamente, em muitas outras áreas, a densidade está abaixo da média e eles distribuem sua matéria para áreas de alta densidade. Se o universo inteiro fosse igual a essas áreas, teríamos muito, muito poucas estrelas, galáxias e aglomerados.Mas é precisamente essa diversidade de condições iniciais no Universo que nos permitiu obter a diversidade de tudo o que vemos agora. Há vencedores e perdedores na batalha espacial entre matéria escura e energia escura, gravidade com expansão, na batalha de "tração" cósmica formando estruturas e "repulsão" cósmica que impedem isso.Notamos os vencedores mais facilmente porque eles emitem e absorvem luz e luz visíveis de outras partes do espectro eletromagnético, levam a lentes gravitacionais e porque a presença de algo é mais fácil de detectar do que a ausência.
Mas existem áreas vazias que também importam e que são muito mais que "completas"! A força total de atração da matéria escura e da matéria comum pode superar tanto a expansão inicial quanto a força aceleradora adicional da energia escura, mas apenas em pequenas escalas e nos primeiros tempos.Ao aumentar a escala, vemos que a repulsa tem mais vitórias e, nas maiores escalas, sempre vence.O universo a princípio se expandiu devido às condições estabelecidas pela inflação, e a capacidade de se recuperar - graças à atração gravitacional da matéria, matéria escura, radiação e neutrinos - foi suficiente para vitórias apenas em lugares selecionados. A atração não ganhou em todos os lugares, mas apenas em uma minoria de casos, e perdeu em média.É por isso que, observando nosso Universo, vemos muitas galáxias espalhadas ao redor dele, muitas das quais reunidas em grupos e grandes aglomerados, e em grandes escalas elas foram alinhadas ao longo das linhas. Mas esses grupos, consistindo em milhares de galáxias e se estendendo por centenas de milhões de anos-luz, são provavelmente a maior das estruturas relacionadas à gravidade. Em uma escala maior, todas as estruturas são temporárias e a presença de energia escura acabará por afastá-las.Se houvesse um pouco mais de matéria escura no Universo - 1/10 a 24 -, ela se lembraria bilhões de anos atrás. Durante muito tempo, foi precisamente equilibrado - com a gravidade, em algum lugar ganhando localmente, em algum lugar perdendo - mas agora, quando a energia escura começou a prevalecer, vemos que seu efeito prevalecerá. Ele triunfará no final, na maior escala, e por tudo o que não foi limitado pela gravidade nos primeiros sete bilhões de anos da vida do Universo.Obrigado pela maravilhosa pergunta e espero que a explicação tenha sido esclarecida para você e para o resto. Envie-me suas perguntas e sugestões para os seguintes artigos.Source: https://habr.com/ru/post/pt395785/
All Articles