Terça-feira, 16 de Junho de 2009

A Rotação das Galáxias

 

 

 

Rotation curve of a typical spiral galaxy: predicted (A) and observed (B). The discrepancy between the curves is attributed to dark matter.

 

 

... antes de dizer, dez vezes hei-de saber... a minha velha máxima estoira-me na cabeça, sinal de aviso, vou fazer o quê, apresentar ideias pouco consolidadas sobre este processo diverso e complexo da formação das galáxias?
 
Então, adormeceste? Olha que a noite ainda é uma criança!”
 
Estava aqui a pensar que é melhor não moer as vossas cabeças com explicações complexas e das quais eu não estou absolutamente certo. E não é importante, há outras peças deste puzzle bem mais importantes.”
 
Não é importante? Não sei se estou de acordo contigo; afinal, a curva da velocidade de rotação das galáxias ainda será a mais clara evidência da Matéria Negra. Se te gabas de não precisar da Matéria Negra, tens de explicar porque é que a velocidade de rotação das galáxias não diminui com o afastamento ao centro, como é próprio dos sistemas gravitacionalmente ligados.”
 
O que é que estás para aí a dizer, Mário?”
 
No sistema solar, por exemplo, os planetas mais distantes do Sol têm velocidades menores que os mais próximos. Isto tem de ser assim porque é o campo gravítico que causa a trajectória curva do planeta; ora o campo diminui com o quadrado da distância enquanto a força necessária à trajectória orbital, se a velocidade do planeta não variar, apenas diminui com a distância; então, a velocidade dos planetas têm de diminuir também com a distância ao Sol para que a aceleração centrípeta da sua trajectória diminua com o quadrado da distância, tal como o campo gravítico, percebeste?”
 
Querias? Isso assim é confuso para mim, preciso de escrever as fórmulas da aceleração centrípeta e do campo gravítico; mas acredito em ti, portanto podes passar adiante.” Luísa ri-se com frescura.
 
Ora nas galáxias espirais a velocidade de rotação não segue a lei de diminuição prevista, é quase constante; para explicar isto é preciso considerar a existência de uma matéria invisível que crie um campo gravítico adicional capaz de manter a velocidade de rotação constante.”
 
Ahh, é então aí que entra a matéria negra... mas espera lá, agora pergunto eu, porque é que a matéria negra haveria de ser na quantidade certa para manter constante a velocidade de rotação? Numas galáxias ela poderia diminuir com a distância ao centro, noutras aumentar... é assim?”
 
Bem, não, em todas as galáxias analisadas, tanto quanto sei, a velocidade de rotação segue aproximadamente o mesmo padrão, torna-se independente da distância...” Luísa ri-se, como quem diz «grande explicação essa», o Mário enrubesce e dispara:
 
Luísa, isto não tem contestação: a trajectória da matéria revela o campo gravítico e o campo gravítico das galáxias não diminui com o quadrado da distância ao centro; logo, existe uma fonte adicional de campo. Como não se observa nenhuma fonte, ela é invisível aos nossos meios de observação. Mas tem de estar lá. E tu, em vez de risinhos, só tens é de apresentares uma explicação melhor...
 
A Luísa, muito rápida:
Eu não, mas o Jorge certamente que tem uma...”
 
Respiro fundo. O Mário tem razão, esta peça do puzzle é incontornável.
“Então cá vai.”
 
 
 
 
 

Galaxy rotation curve for the Milky Way. Vertical axis is speed of rotation about the galactic center. Horizontal axis is distance from the galactic center in kpcs. The sun is marked with a yellow ball. The observed curve of speed of rotation is blue. The predicted curve based upon stellar mass and gas in the Milky Way is red. Scatter in observations roughly indicated by gray bars. The difference is due to dark matter or perhaps a modification of the law of gravity.[41][42][43]

 

 

publicado por alf às 13:52
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16 comentários:
De antonio - o implume a 16 de Junho de 2009 às 15:01
A matéria negra e a força interligadas, complementando-se, uma diminuindo na ausência da outra e as trajectórias a deixarem de ser constantes. O homem e os astros sempre se perderam fora do seu equilíbrio. A verdadeira força é essa: a do equilíbrio, supremo mistério do nosso universo. Somos filhos de um Deus em equilíbrio.
De alf a 18 de Junho de 2009 às 11:20
Fomos filhos de um Deus em ... movimento equilibrado.

Está em equilíbrio, o equilíbrio é perfeito e, no entanto, move-se.

Assim é com a Terra, no dizer de Galileu, assim é em todo o Universo
De Flavio Salles a 16 de Junho de 2009 às 16:32
Este fato me lembra, não que sejam da mesma "substancia", o problema do éter. A matéria escura "existe" na falta de melhor explicação para o fenômeno descrito no post.
De alf a 18 de Junho de 2009 às 11:30
Flavio Salles

Excelente comparação; a que acrescentaria ainda os epiciclos de Ptolomeu.

Desenvolvendo:

O éter surge pela necessidade Física de as ondas electromagnéticas terem um suporte, que teria se ser um meio (éter) ou partícula (fotão)

Os epiciclos e a matéria negra são necessidades do modelo matemático, apesar do nome «matéria» os cientistas (alguns) não estão à espera de que exista um ente Físico que lhes corresponda.

Nos 3 casos, são a solução que menos altera o modelo anterior, ou seja, a solução «mais simples»; e os 3 casos estão errados porque novos factos não podem ser comportados num modelo que foi concebido sem eles, exigem um novo modelo.

Mas são um passo no nosso caminho de Conhecimento. Um passo temporário, um remendo. Até que surja uma explicação melhor, um modelo melhor.

Abraço
De anonimodenome a 16 de Junho de 2009 às 17:38
Como as prendas na ŕavore de natal. Estão lá mas só amanhã é que desembrulhas.
Como as galáxias já são muito antigas espero que seja resultante da Evanescência.

quase nem parece efeitos gravíticos nestas imagens:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:236084main_MilkyWay-full-annotated.jpg
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Milky_Way_Arms.svg

parece um movimento viscoso. No passado a parte central seria maior e a matéria vai abandonando a parte central a partir dos dois topos do 'bar' (barra?) e conserva a memória da velocidade inicial.
No futuro a parte central irá ficar mais pequena e desenhará os braços pelo interior dos que agora existem.

Já estou à espera do próximo post.

aqui as constantes de Oort que descrevem o movimento do Sol:
http://en.wikipedia.org/wiki/Oort_Constants
http://astroprofspage.com/archives/75

De alf a 18 de Junho de 2009 às 11:59
anonimodenome

As imagens da nossa própria galáxia são apenas tentativas ainda muito inseguras; mas certamente que é espiral, podendo no entanto os seus braços não serem bem como se pensa actualmente.

A tua descrição do processo de formação dos braços é muito sugestiva. Não é assim que eu os explico mas, nesta questão da formação das galáxias, eu não tenho certezas, apenas umas pecinhas do puzzle que podem encaixar de uma maneira ou doutra. Com o tempo, mais pecinhas se encontrarão e o cenário ficará completo, mas agora ainda não está.


A ideia de que as galáxias são muito antigas é uma ideia do Big Bang, pois a idade das estrelas da nossa galáxia é quase igual à idade do Universo no Big Bang. Isso até é verdade numa escala de tempo atómico, isto é, numa unidade de tempo que diminui com o desvanecimento da matéria; mas não é verdade se usarmos uma unidade de tempo invariante, onde a Matéria surge muito mais antiga do que as galáxias.

Se medires a idade das galáxias pelo número de rotações, já tens uma percepção muito diferente - por exemplo, o Sol leva 200 milhões de anos a dar uma volta à galáxia, o que significaria que deu umas 25 voltas desde que existe; e que este ponto da galáxia deu menos de 70 voltas desde que a Galáxia existe.

São tão poucas voltas que a habitual comparação com órbitas planetárias e a ideia de que o movimento da matéria na galáxia deveria obedecer às leis que regem o equilíbrio orbital são descabidas. A curva «teórica» da variação da velocidade das galáxias é logo um primeiro disparate, porque não se pode pensar que a matéria numa galáxia se encontra em equilíbrio orbital.
De Peter15 a 18 de Junho de 2009 às 17:17
A "matéria escura" (dark matter) existe, mas ninguém sabe o que é. Detectou-se por acaso e pela primeira vez, aquilo que já se sabia: que a sua estrutura era diferente da do gás, das poeiras, estrelas e outros componentes de um cluster de galáxias.
Não "reage a impactos" mas actua sobre a força da gravidade e é a responsável por um fenómeno conhecido por "lente gravitacional", que desvia a luz proveniente das galáxias distantes, originando que nós vejamos uma imagem múltipla dessas galáxias.

(é uma opinião que não é minha e que eu li já não sei onde)

Como dizia o saudoso Richard Feynman:
“Não dá para fazer perguntas sobre as quais, honestamente, não existe resposta no estádio actual dos nossos conhecimentos.”
De alf a 18 de Junho de 2009 às 18:27
Peter

Eu tentei mostrar-lhe o significado do que você mesmo disse. A única coisa que o parâmetro «negra negra» representa é campo gravítico. E não pode representar mais nada.

a deflexão da luz é uma propriedade do campo gravítico. O que se passa é que o campo gravítico da galáxia não é o que resulta do modelo do Big Bang e à diferença entre o campo previsto e o obervado chamou-se «matéria negra».

Acho que isto é claríssimo e se ler o que você mesmo escreveu não consegue tirar uma conclusão diferente.

E mais: não só não tem nenhuma propriedade da matéria, como nem sequer tem qualquer outro campo, por exemplo, eléctrico. E também não se propaga nem se move. É só um campo gravítico.

Aliás, na própria wikipedia, na legenda da figura que apresento no post com a velocidade de rotação da galáxia, diz que ela é devida à presença de matéria negra ou a uma modificação do campo gravítico!!! É que a Wikipedia não é escrita para o «grande público» e tem outras exigências de rigor.

Esta sua questão é importante, vou salientar isto nos próximos posts. Já muitos professores universitários que não percebiam que a matéria negra é apenas um nome para uma anomalia do campo gravítico no quadro do Big Bang, portanto não admira que pessoas fora da cosmologia também pensem o mesmo.


No próximo post, ou no seguinte, verá que esta questão está bem dentro do «estadio actual dos nossos conhecimentos», pelo que essa frase não se aplica aqui.



De curioso a 25 de Junho de 2009 às 02:13
Boas...

Está na hora de organizar os nossos conhecimentos sobre as galáxias e também de especular um pouco...

1º A matéria dos braços espiral move-se aproximadamente com a mesma velocidade, ou seja, a sua velocidade não depende da distância ao centro da galáxia.
Como justificar isto sem recurso a um campo gravítico externo?
Talvez a resposta a esta questão esteja no facto da matéria da galáxia não estar em equilíbrio, ou seja, a força gravítica não é suficiente para estabelecer esse equilíbrio e neste momento estejamos a afastar-nos do centro da galáxia numa trajectória espiralada. Isto podería-nos levar com o tempo a galáxias com espirais cada vez maiores...
Mas agora temos outro problema ... como se juntou aquela matéria toda sem haver equilíbrio gravítico e também a mover-se com a mesma velocidade e aparentemente (também) em sentidos opostos... parece mais ou menos claro que isto teve de ocorrer na zona de intersecção de duas bolhas... mas como?

Quando duas bolhas do mesmo tamanho se intersectam, na zona de intersecção vai haver grumos de matéria a deslocar-se em sentidos opostos.
Não sei qual o seu tamanho relativo mas ...
Podemos imaginar vários cenários... podemos vê-los a passar uns pelos outros sem interagirem; podemos imaginá-los a colidir em cheio; podemos imaginá-los a colidir parcialmente; até podemos imaginar três ou mais a colidirem simultaneamente...


Analisemos cada cenário isoladamente:

Continua...

Abraço .
Curioso.
De alf a 25 de Junho de 2009 às 12:38
Curioso

Bem, quem disse que não havia um campo gravítico exterior?

É que é mesmo no «exterior» que existe o campo gravítico; porque o exterior das galáxias é o interior das bolhas onde, como já vimos, o campo não é nulo.

Quando analisamos a evolução da matéria a partir do estado inicial, com a formação e crescimento de bolhas, percebemos que a habitual ideia acerca do campo, ou seja, de que este se origina a partir das distribuição actual da matéria -as galáxias - desvanecendo-se com a distância, é um disparate.

Ficamos mais próximos da verdade se olharmos para o campo gravitico como uma repulsão espaço-matéria. Os enormes vazios intergalácticos geram um campo repulsivo da matéria, que a concentra em galáxias; e como a fonte do campo é agora o vazio, percebemos que o campo ao longo da galáxia é a resultante do campo dos vazios que a originaram - um campo que será maior na periferia da galáxia do que no meio.

A situação real fica entre as duas coisas, por isso é que o campo da galáxia e quase uniforme nela.


Quanto à formação das galáxias, penso o mesmo, ou seja, uma intersecçao de massas na linha de intersecção das bolhas. E estas intersecções podem ser tudo o que refere, por isso é que ha´diferentes tipos de galáxias e por isso formam estruturas complexas - a nossa por exemplo é orbitada por mais uma data de outras pequenas galáxias.

Faltam ainda muitos elementos sobre as caracteristicas das galáxias para que possamos fazer uma análise mais segura. Por agora, não me atrevo a ir mais fundo do que isto.

De curioso a 25 de Junho de 2009 às 13:21
Ok... Já tinha entendido que o campo gravítico podia ser também entendido como repulsão do espaço... mas nesta situação não consigo entender porque será mais forte na periferia que no centro da galáxia.

Os grumos estão numa zona onde os campos das bolhas se anulam, só ficando uma pequena resultante que aponta para o exterior da bolha e que vai crescendo à medida que nos aproximamos do anel ( Se é que percebi bem). Seria este campo que puxaria as galáxias para o anel ( se é que são puxadas para o anel). Confesso a minha confusão.

A minha análise era outra... mas admito que a falta de informação e conhecimento me possa ter induzido em erro... De qualquer modo vou explicar as minhas idéias...
Cenário 1: Os grumos passam sem interagirem fisicamente... daqui só poderão resultar galáxias elíplitas ou irregulares, dependendo da forma do grumo... já reparei que a análise do Alf é diferente... mas não a entendi muito bem...
Cenário 2: Os grumos colidem em cheio ... nesta situação (penso) a desaceleração dá-se mais rapidamente e podem formar-se galáxias elípticas mas com um halo muito maior à sua volta...
Cenário 3: Quando dois grumos colidem parcialmente... Era nesta situação que se formaria todo o tipo de galáxias em espiral, dependendo do grau de interação. Se a colisão ocorresse apenas numa pequena zona da perifiria essa zona seria mais desacelerada que a restante (pelo que percebi a velocidade no núcleo das galáxias é muito pequena) e as duas restantes partes manteriam o seu movimento (uma para cada lado). Devido à acção gravítica do centro essa matéria iria adquirir uma aceleração centrípeta e começaria a mover-se em torno do núcleo originando as espirais, que inicialmente seriam basicamente duas (também poderá ter a ver com a forma dos grumos ). Por exemplo as espirais barradas seriam formadas quando a zona de intersecção fosse muito maior...
Já sei que esta não é a análise do alf... mas de qualquer forma ficam aqui estas idéias... que para mim têm algum sentido por muito loucas que sejam..

Obrigado.

Curioso.



De alf a 26 de Junho de 2009 às 22:05
Curioso

As galáxias formam-se na zona de intersecção de duas bolhas; não é verdade que aí o campo seja quase nulo, isso é só no centro da superfície de divisão das bolhas, ou seja, no centro do anel de intersecção.

O campo ao longo da galáxia é o campo de duas cascas, na sua zona de intersecção.

O caminho da descoberta faz-se por pequenos passinhos, analisando cenários e fenómenos simples. Cada passinho é um peça do puzzle. Há assuntos sobre os quais ando a coleccionar pecinhas há décadas.

O que temos a fazer é procurar identificar situações simples, formular perguntas simples às quais possamos responder, mesmo que apenas vagamente relacionadas com o problema em causa.

Pelo menos, é assim que eu tenho feito; e sempre lhe digo que às vezes é preciso ter muuuuita paciência.

Mas lembre-se sempre: se fosse algo que se solucionasse com pouca paciência, já teria sido resolvido.

Um abraço, vou apresentar as minhas pecinhas de puzzle sobre este assunto, que podem estar certas ou não, só quando o puzzle todo encaixa é que temos a certeza e esta parte do puzzle ainda não tem as peças todas.
De curioso a 26 de Junho de 2009 às 23:16
Obrigado por me pôr no meu devido lugar...

Se não fosse tão precipitado...

Abraço

Curioso.
De alf a 27 de Junho de 2009 às 01:59
Precipitado?? nada disso! Você está a fazer os mesmos passos que eu e estou apenas a incentivá-lo a prosseguir! porque você está no momento em que apetece desistir. Isto é como nos filmes - o herói, antes de vencer, tem de passar por uma situação em que parece estar completamente derrotado.

O que eu lhe disse é o que digo a mim mesmo quando estou nesse ponto. Isso é mais importante do que tudo o resto porque é o «método», é o que permite resolver este e todos os outros problemas.

E deixei-lhe uma pista: veja como é o campo na zona das cascas que se intersectam - duas cascas com uma certa espessura e a composição dos campos ali onde se intersectam, na zona comum às duas cascas.
De curioso a 29 de Junho de 2009 às 00:07
Obrigado pelo estímulo.

Ok... Passinho a passinho...

Vamos ao campo na zona de intersecção de duas bolhas com o mesmo tamanho.

Nesta zona vão intersectar-se dois campos com a mesma intensidade mas com sentidos opostos...
No meio da zona de intersecção campo vai ser nulo (como o alf dizia atrás, no meio da galáxia o campo vai ser mais fraco)...
Na periferia da zona de intersecção vai tomar um valor igual ao valor no interior da casca (antes da intersecção), só que dum lado da zona de intersecção vai ser num sentido e do outro vai ser no sentido oposto... sempre a apontar para dentro...

Se a matéria estivesse em repouso seria apertada entre os dois campos. Como está em movimento, dependendo o sentido do movimento da casca de onde veio, dum lado vai ser acelerada e do outro vai ser retardada...

Fico por aqui... (um pensamento)

Curioso

De alf a 30 de Junho de 2009 às 15:29
Isso, está no caminho! Pelo menos, no mesmo caminho que eu segui...

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