Explicando la materia oscura y la energía oscura al lego


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Con mi poco conocimiento, sé esto:

Materia oscura

El centro de una galaxia controla / atrae a sus objetos (estrellas, planetas, cometas, etc.) hacia sí mismo debido a la gravedad. Pero la masa del centro de esta galaxia parece ser menor de lo que debería tomar para atraer a todos los objetos de la galaxia. Por lo tanto, Dark Matter está allí, lo que hace posible esta atracción o control.

Energía oscura

Esta es la fuerza que está separando las galaxias entre sí y, por lo tanto, haciendo que el universo se expanda. Si no tenemos esta fuerza hipotética, no podemos explicar por qué las distancias entre galaxias están aumentando.

Pregunta

Por favor, hágame saber qué tan lejos estoy del significado / definición real de estos términos. ¿Y cómo puedo explicar esto a un laico, que no tiene o tiene muy poco conocimiento sobre astronomía?

Gracias.

PD: He leído esta pregunta aquí , que es excelente, pero no pude tener una idea de cómo explicarle a un lego.


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Básicamente, la versión laica de la respuesta de MBR para la materia oscura en la pregunta vinculada es "Se espera que el borde exterior de la galaxia gire más lento que el interior en función de la materia que observamos, pero en cambio gira más o menos tan rápido como el interior: nosotros llamemos a lo que causa esta discrepancia materia oscura, como en la materia que debe estar allí que no observamos ". Tu explicación para la energía oscura está bien.
called2voyage

¿Necesita alguna explicación más que eso? Si no, sugeriría a alguien que agregue una explicación simplificada a la respuesta de MBR y cierre esto como un duplicado.
called2voyage

@ called2voyage: Gracias. Si no es un problema, agradecería más detalles. ¿Por qué se espera que el borde exterior gire más lento? ¿Porque no está físicamente "conectado"?
Farhan

@ called2voyage: Además, ¿cómo la solución de Dark Matter resolvería esto? Gracias.
Farhan

Respuestas:


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Materia oscura Su comprensión de la materia oscura no es mala, pero aquí hay algunos detalles aclaratorios. Órbitas: la velocidad de la órbita de un objeto está relacionada con 2 cosas: el radio de su órbita y la masa dentro de ella. En el sistema solar, más del 99% de la masa se concentra en el centro, por lo que el radio es el efecto dominante en la velocidad orbital. A medida que observamos planetas más alejados del sol, su velocidad orbital disminuye. En la galaxia, es una historia similar, pero al aumentar el radio orbital, también obtienes más y más masa dentro de tu órbita ya que la galaxia está llena de otras estrellas. Aun así, esperaríamos que las velocidades orbitales disminuyan a medida que miras los objetos hacia el borde de la galaxia, ya que las estrellas se vuelven más difusas a medida que te mueves y no hay suficiente masa dentro de la órbita para compensar el aumento del radio. En lugar,

Aquí hay un ejemplo de la llamada curva de rotación de la galaxia espiral NGC 3198 : ingrese la descripción de la imagen aquí

Sin materia oscura, esperaríamos que la velocidad de los objetos en función del radio (desde el centro de masa) siga la curva etiquetada como 'disco'. Sin embargo, lo que vemos parece ser la suma de las dos contribuciones (el disco y el 'halo de materia oscura' que rodea este disco), que está sobredimensionado con datos reales.

También tenemos evidencia de esta masa extra de lentes gravitacionales. A medida que la luz pasa por un objeto grande como un cúmulo de galaxias, su trayectoria puede doblarse por la gravedad de ese objeto. Podemos ver este efecto cuando un cúmulo de galaxias está frente a una galaxia aún más distante, la luz del objeto de fondo se magnifica y distorsiona. Podemos calcular el camino que la luz debe haber tomado para aparecer tal como la vemos, y la masa necesaria para doblarla de esa manera no puede explicarse solo con las estrellas y el gas que vemos en el grupo de lentes. Esto nuevamente sugiere que hay una masa extra que no podemos ver.

Aquí hay una gran imagen de CFHT que muestra cómo funciona la lente por gravedad.

Energía oscura No estás muy lejos con esta, con una distinción importante: la energía oscura es la 'fuerza' que está causando que el universo acelere su expansión. Esperamos que el universo se expanda a partir del modelo de cosmología del Big Bang, pero esperamos que se desacelere a medida que la gravedad mutua de todo en el universo actúa sobre los demás. La energía oscura parece ser una "presión" en cada parte del espacio para expandirse, pero es muy débil y ha estado dominada por la gravedad y otros factores a lo largo de la mayor parte de la historia del universo. Solo en los últimos miles de millones de años ha comenzado a hacerse cargo.

Funciona algo como esto. Imagine que tiene una región 1-D de espacio-tiempo de 1 unidad de largo (solo por conveniencia). Aquí está: | -------- | Ahora esta región tiene esta energía oscura 'presión de expansión' que actúa sobre ella. Digamos que son 0.07 unidades por año por unidad. Esto significa que cada año, esta región del espacio-tiempo crece un 7%. En 10 años, la duración será el doble: | -------- | -------- | ¡Ahora la cuestión es que cada una de estas regiones tiene la misma presión de expansión que la original! Entonces ambos se duplicarán en 10 años, y luego se duplicarán, y así sucesivamente. Entonces, lo que sucede es que obtienes una pequeña expansión localmente, pero cuanto más lejos algo se acelera, más rápido se aleja de ti. El efecto real de la energía oscura es un orden de magnitud menor, algo así como 67.15 ± 1.2 (km / s) / Mpc ( Wikipedia), pero aún significa que cualquier galaxia a más de 4.5 Gigaparsecs lejos de nosotros se está llevando lejos de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. (Todavía podemos verlos en este momento porque la luz que vemos se emitió mucho antes de que la tasa de expansión aumentara tanto). La expansión se suma a las enormes distancias que vemos en el universo.

La energía oscura no afecta cosas como los planetas, los sistemas solares y las galaxias porque el efecto es tan débil en escalas pequeñas que la gravedad lo contrarresta. Su efecto se puede ver principalmente en los vastos tramos vacíos de espacio entre los cúmulos de galaxias.

¡Espero que ayude!


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Esto es bueno, pero hay una idea errónea importante que no aumenta la claridad: la afirmación de que el efecto de la energía oscura no es gravitacional. La energía oscura tiene presión negativa, por lo que es más análoga a un "tirón hacia adentro" (por ejemplo, un pistón en un recipiente con agua a presión negativa); no hay necesidad de citas de miedo a la "presión" porque es presión. Pero la presión negativa también produce gravedad repulsiva. En realidad, lo corto es: la presión gravita, no solo la energía, y la presión negativa gravita repulsivamente.
Stan Liou

Gracias por la aclaración, pensé que era más como una presión positiva empujando el 'límite' de un trozo de espacio-tiempo.
gargoylezoo

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@StanLiou tiene razón en este caso. La energía oscura se manifiesta en forma de presión, que GR nos dice que participa en la fuerza gravitacional (aunque con un signo negativo en la ecuación de estado). Quiero señalar que su publicación es de alta calidad. ¡Sigan con el buen trabajo!
astromax

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¡Gracias! Soy voluntario haciendo actividades de divulgación en un observatorio local, así que este es el tipo de cosas que hago todo el tiempo.
gargoylezoo

@gargoylezoo: (Sé que esto no está relacionado exactamente con la pregunta). Esas líneas paralelas y perpendiculares en su imagen adjunta, ¿cómo se llaman? ¿Representan un campo magnético o algún otro campo, o alguna otra cosa? ¿Debería haber algún efecto sobre ellos debido a la Tierra?
Farhan
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