Quarta-feira, 7 de Janeiro de 2009

A Estrutura em Grande Escala do Universo

 

 

 

Neste magnífico mapa representa-se a distribuição da matéria até uma distância de 1000 milhões de anos-luz; cada ponto branco representa um aglomerado de galáxias (as galáxias são demasiado pequenas a esta escala).
 
Mário tosse ligeiramente; percebo que se prepara para nos dar uma lição sobre a macroestrutura do Universo. Óptimo!
 
Como é que vocês imaginam que a matéria se distribui no espaço?”
 
Luísa e Ana entreolham-se. Mais afoita, a Luísa tacteia uma resposta: “A matéria está concentrada em Galáxias, onde se formam as Estrelas e os Planetas...”
 
Sim, Luísa, mas e as Galáxias? Como é que elas se dispõem no espaço?”
 
Como é que se dispõem? Não te estou a perceber. Estão espalhadas pelo espaço, a grandes distâncias umas das outras, pelo que tenho ouvido.”
 
Pois é, Luísa, isso é o que toda a gente pensava; que, tal como as estrelas se distribuem em cada galáxia como grãos de poeira, também as galáxias se distribuiriam pelo espaço de forma desordenada e aleatória. Por isso é que foi uma grande surpresa quando se descobriu que não é assim!”
 
Não é assim? Então é como? Não me digas que as galáxias formam figuras no espaço?” A expressão da Luísa tem tanto de fascínio como de troça, sinto-lhe a curiosidade a espreitar a medo, não vá a desilusão surpreender.
 
Quem primeiro percebeu isso foram dois astrónomos da Estónia, Joeveer e Einasto, que, em 1977, apresentaram num simpósio da IAU, organizado no seu observatório, um trabalho intitulado «Has the Universe the Cell Structure?». O nome escolhido para esse simpósio foi «The Large-Scale Structure of the Universe», terminologia que ficou desde então; em Português tem-se traduzido à letra para «estrutura em grande escala»; suponho que seja a isso que o Jorge se refere quando fala em «macroestrutura do Universo»...”
 
Sim; não será uma boa designação, pois no Universo há uma infinidade de escalas e a maneira correcta será talvez designá-las pela sua ordem de grandeza, usando os prefixos habituais. Esta organização da matéria começa a existir à escala do milhão de anos-luz e a desaparecer à escala do bilião (milhar de milhão) de anos-luz. No entanto, por enquanto, podemos dividir as escalas em apenas 3 grupos: a nossa, as muito menores que a nossa (micro) e as muito maiores do que a nossa (macro).”
 
Como as roupas: S, M e L...”
 
Haha, isso mesmo Luísa... e ainda podemos usar o XS e o XL... aqui estaríamos a falar da escala L.”
 
Mas como é essa estrutura à escala L? O que tem ela de especial?” a Ana irrompe impaciente.
 
As galáxias agrupam-se em formações muito especiais, algo que nenhum cientista previu ou imaginou; há uma mensagem do Universo que jaz encriptada nos desenhos que a disposição das galáxias no espaço traça.”
 
Ena, já pareces o Jorge a falar...”. Mário sorri-se, imagino que satisfeito com o efeito das suas palavras, e continua:
 
Imaginem uma estrutura de bolas de sabão; as bolas tendem a ser esféricas mas encostam-se umas às outras, formando paredes, arestas e pontos de intersecção de arestas, onde a saponária se acumula. Agora imaginem que nas paredes se abrem janelas redondas, estabelecendo comunicação entre os interiores das bolas. A estrutura resultante é do tipo «esponja». É esse tipo de estrutura que se observa, uma estrutura em «esponja», as galáxias formando filamentos e paredes que delimitam enormes espaços vazios tendencialmente esféricos e comunicando entre si.”
 
Gostei desta descrição do Mário. Surpreendeu-me um pouco, pois é frequente os cientistas porem a tónica nos «aglomerados», «superaglomerados», «filamentos» e «paredes» desenhados pelas galáxias, considerando os vazios como consequência secundária da condensação das galáxias nessas formações. Está a parecer-me que o Mário olha para os vazios como o elemento estruturante principal.
 
Mas como é que se formou essa estrutura em esponja? As esponjas são construídas por seres vivos, não surgem naturalmente...”

 

publicado por alf às 02:34
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25 comentários:
De alf a 7 de Janeiro de 2009 às 02:58
Continuo sem dominar estes blogues do Sapo... têm de clicar na figura para conseguirem apreciar a magnífica estrutura celular... as minhas desculpas... também não gosto do tipo de letra mas ainda não consegui melhor...
De antonio - o implume a 7 de Janeiro de 2009 às 12:05
Sempre desconfiei que o Universo fosse uma mulher. Depois de uma explosão põe-se a arrumar a casa. E lá ficaram todas arrumadinhas as galáxias e seus aglomerados… até nova explosão.
De alf a 7 de Janeiro de 2009 às 22:37
hehe ... a sua mulher não lê os seus comentários, pois não?

Mas as galáxias não estão arrumadinhas - isto é apenas a estrutura de momento, em evolução para algo muito diferente. Tudo neste Universo está em continua evolução (até a presente «crise» que não é outra coisa do que a evolução do sistema para um paradigma ligeiramente diferente - a evolução faz-se sempre por pequenas revoluções)
De Diogo a 7 de Janeiro de 2009 às 20:55
Caro,

Conhecemos até agora duas dimensões do Universo – micro e macro. Micro a nível atómico e macro a nível galáctico. Uma galáxia é um átomo elevado a cerca de 10^27. A estrutura repete-se. Já tinha pensado nisto?
De alf a 7 de Janeiro de 2009 às 22:34
Diogo

É um pensamento sugestivo, esse tipo de raciocínio de escala é frequente, será que a estrutura em larga escala é mesmo uma esponja? mas as coisas são bem mais variadas do que isso... embora as coisas pareçam ter algumas semelhanças em diferentes escalas, as diferenças são profundas - e são exactamente as diferenças que contam.

Como não tenho muito tempo para viagens neste planeta, vou respondendo aos desafios: «cidades? são todas iguais! para quê ir visitar outra?» E com isso arrumo o problema na minha cabeça. Mas, é claro, há semelhanças e diferenças entre todas as cidades, a questão está em saber se as diferenças me interessam ou não.
De Peter a 9 de Janeiro de 2009 às 23:28
Sempre tenho lido que os "clusters" de galáxias são o corpo mais gigantesco que se conhece no Universo.

A título de curiosidade:
http://sol.sapo.pt/blogs/jmfc/archive/2009/01/08/1022172.aspx
De alf a 10 de Janeiro de 2009 às 02:39
Peter
Obrigado pelo link.

Se clicar na figura do post terá acesso a um site que, seguindo a ortodoxia, esclarece no entanto bem sobre a maneira como a matéria se organiza.

Também pode clicar no link para a wikipedia sobre a estrutura em larga escala.

Qualquer dos dois sites está em acordo com o que se expoe neste post.

A descrição do blogue que indica é equivalente à que Ptolomeu faria - tudo muito certinho na aparência só que não é nada disso. Mas não está «errada» em si mesma, só que não é essa a explicação. Os cientistas (os que investigam) sabem perfeitamente que não é, mas acontece que não há outra melhor. Então, têm de apresentar a que têm, não podem vir a publico afirmar: " não fazemos a mais pequena ideia do que se passa no Universo, as teorias que fizemos não se aguentam".

A estrutura mais gigantesca do Universo é... os enormes vazios esférios entre galáxias. É uma estrutura porque é algo que não ocorre por acaso, tem de ser o resultado de um fenómeno específico. Encontra esta afirmação em livros de divulgação de astrónomos conceituados no campo, por exemplo, Anthony Fairall (Large-Scale Styructures in the Universe, da editora Wiley).


Eu vou apresentar outra explica que vai poder compreender porque não exige quase nenhuns conhecimentos que um aluno do 9 ano não tenha. E depois poderá ver qual lhe parece mais consistente. Ao menos terá outra para comparar, o que sempre é bom para abrir o nosso espírito.

Um abraço


De anonimodenome a 11 de Janeiro de 2009 às 01:08
depois do alf estes "enormes vazios esférios entre galáxias" (em inglês: voids - vazios, creio eu) merecem a atribuição de um nome próprio, a inventar.
Buraco Negro creio que não serve, embora suspeite que venha a cair em desuso depois de passada a actual Era Negra da Cosmologia ( "Dark Age of Cosmology").

Um abraço
De alf a 11 de Janeiro de 2009 às 02:39
exactamente, são «voids» em inglês

Na altura em que desenvolvi a teoria que irei apresentar nos posts seguintes, há cerca de 20 anos, chamei-lhes «bolhas», porque é assim que eles se formam, como veremos. Mas inventar nomes não é o meu forte...

Um abraço
De Peter a 11 de Janeiro de 2009 às 19:39
voids

"Astronomers have wondered for a quarter-century whether these voids were 'too big' or 'too empty' to be explained by gravity alone," said University of Chicago researcher Jeremy Tinker, who led the new study. "Our analysis shows that the voids in these surveys are exactly as big and as empty as predicted by the 'standard' theory of the universe."

A central element of the standard cosmological theory, Tinker explained, is cold dark matter, which exerts gravity but does not emit light, and which accounts for more than 80% of the mass in the universe. Dark matter is smoothly distributed in the early universe, but over time gravity pulls it into filaments and clumps and empties out the spaces between them.

Galaxies form when hydrogen and helium gas falls into collapsed dark matter clumps, referred to as "halos," where it can form luminous stars.

"We wanted to see whether something strange is happening to the dark matter halos in the regions where we don't see galaxies," said team member David Weinberg of Ohio State University. "Maybe the halos are there, but they just don't manage to form stars. Then the voids would look emptier than they really are, because they don't have anything our telescopes can see."

To address this question, the researchers first determined the relation between galaxies and dark matter halos by matching the galaxy clustering in dense regions --- the web of filamentary superclusters that interweaves the network of empty bubbles and tunnels. With this relation in hand, they used some of the world's largest supercomputer simulations to predict the number and sizes of voids.

The sizes of voids are ultimately set, by the small variations in the primordial distribution of dark matter, and by the amount of time that gravity has had to grow these small variations into large structures.

While studies from the 1990s showed that gravity could create large regions of low matter density, the new analysis shows that these regions should be truly empty of bright galaxies and the halos massive enough to host them, and that the theoretically predicted sizes agree precisely with observations.

The agreement between the cosmological simulations and the measurements holds separately for red and blue galaxies, said Tinker. "Red galaxies are made of old stars, while a lot of the light in blue galaxies comes from young stars," he explained. "Halos of a given mass seem to form similar galaxies, both in numbers of stars and in the ages of those stars, regardless of where the halos live."

"The void galaxies are fainter, bluer, and are forming more stars. But these differences may arise because these vast rural stretches of the universe contain lower mass halos than the cosmic cities and suburbs, where most galaxies form."

GOOGLE
De alf a 11 de Janeiro de 2009 às 22:03
Peter

Está a fazer um excelente contraponto à apresentação da explicação do Desvanecimento; no fim, estaremos habilitados comparar as duas explicações. É uma preciosa colaboração e estou-lhe muito grato.

Entretanto, permita-me alguns comentários a esta explicação.

Primeiro, conclui-se que no quadro do Big Bang a gravidade sozinha não pode explicar os «vazios»

Como veremos, no quadro do Desvanecimento, a gravidade sozinha explica os vazios e tudo o mais (quasares, velocidades peculiares das galáxias, rotação das galáxias)


Então, no quadro do Big Bang inventa-se uma coisa que não é «coisa» nenhuma mas um mero parâmetro matemático, e atribui-se-lhe a quantidade e a distribuição conveniente para explicar as observações. Assim é fácil explicar qualquer observação, não estando limitado à crua realidade conhecida.

Se enchemos o Universo com 80% de matéria negra disposta à nossa vontade, é fácil colocar os míseros 4% ou menos de matéria ordinária (a diferença é a energia negra) exactamente onde queremos, não é?

Depois, como é que a matéria negra tem essa eventual conveniente distribuição já não é preciso explicar porque, afinal, ninguém sabe o que a matéria negra possa ser, não é verdade?

Isto é a mesma técnica dos bruxos, que recorrem a «energias negras» para explicar o inexplicavel; e as «energias» ficam justificadas por explicarem os factos que sem elas não se podem explicar.

O facto de se usarem computadores não altera a essencia do procedimento falacioso. A única justificação para a matéria negra e a energia negra é que sem elas não se consegue explicar as observações no quadro do Big Bang.

Note que só alguns cientistas apresentam estas descrições; outros preferem continuar a tentar desvendar os segredos do Universo. Seria muitíssimo injusto presumir que a generalidade dos cientistas apoia este tipo de raciocínios. É por isso que não puz o «Mário» a dizer essas coisas.
De Curioso a 12 de Janeiro de 2009 às 19:44
Bom ano a todos...

Cá está uma coisa engraçada... o Universo uma enorme esponja...

A primeira conclusão imediata é que Deus ...

SÓ PODE SER UMA MULHER...

Vamos ao que importa...
Como é que uma distribuição uniforme de partículas pode originar este universo esponjoso?

Depois de muito pensar acho que arranjei um modelo simples que (penso) poderá explicar a formação das "bolhas" esféricas sem matéria...

Vou supor todo o universo constituído por partículas em perfeito equilíbrio e só uma se move...
Esta partícula ao mover-se vai deixar um espaço vazio entre várias partículas e o equilíbrio gravitacional existente vai perder-se para as partículas próximas daquele "buraco" que vão ter uma força gravítica maior a puxá-las para fora do que para dentro ... a tendência será estas parículas começarem a mover-se para o exterior deste buraco aumentando-o... em condições ideais este "buraco" terá uma forma esférica e irá aumentar gradualmente com o tempo. Neste modelo simples cada partícula em movimento irá dar origem a uma esfera sem matéria...uma bolha...
Quando as bolhas forem suficientemente grandes de modo a intersectarem-se a tendência será juntarem-se formando bolhas cada vez maiores...
Evidentemente que o universo no início seria bem mais complexo do que um conjunto de partículas bem comportadas entre algumas mais aventureiras...
mas parece-me que em termos estatísticos num universo em que todas as partículas se movimentam poderiam surgir situações em que a densidade de matéria poderia ser menor (momentaneamente)... o que penso poderiam originar bolhas semelhantes às existentes...

De qualquer forma ainda falta explicar as galáxias e outros corpos ...

Abraço ...

Curioso.


Ps..Lembrei-me duma coisa engraçada...
Se aquilo que disse em cima estiver correcto a tendência será para as bolhas serem cada vez maiores e o limite (se o universo tiver limite) será a matéria formar uma enorme "casca esférica", totalmente oca, constituída por matéria... ao contrário do que se pensa actualmente a matéria afasta-se do centro apenas devido ao efeito da gravidade...
Mas isto sou eu que digo...

Curioso
De anonimodenome a 12 de Janeiro de 2009 às 21:43
Curioso o Curioso, mesmo muito Curioso !!

E a minha mãe que, ainda eu criança, me dizia :
" Á matéria repugna o vácuo"

vem o alf e o Curioso e dizem :
"O vácuo tem repugnância pela matéria "

Acho que a minha mãe estava errada.

é por cauda destas que eu acho que os 'voids' ou 'bolhas' merecem um nome próprio. 'alf's ?

A "Era Negra da Cosmologia" é mesmo para ver se pega. Temos de fazer história no momento.

Um abraço.

De alf a 12 de Janeiro de 2009 às 22:51
A ideia de que «matéria atrai matéria» é apenas a nossa perspectiva do fenómeno. Einstein já não a usou, para ele a matéria está associada a uma deformação do espaço e as deformações do espaço alteram o movimento da matéria.


Bem, isto fica mais claro se pensarmos em termos de «medium» usando o conceito de matéria como uma perturbação desse medium... De qualquer maneira, o importante é percebermos que a interacção entre duas partículas tem a ver com o meio e que é equivalente dizer que «matéria atrai matéria» ou «espaço repele matéria». É mais fácil utilizar o conceito que se aplica à estrutura menor - no nosso universo actual é a primeira, no universo inicial é a segunda, como veremos.


Um abraço
De alf a 12 de Janeiro de 2009 às 22:37
Fascinante! As dificuldades que eu já tive para tentar explicar a ilustres pessoas aquilo que o Curioso descobriu sozinho!

Muito bem, acertou em cheio no processo pelo qual se chega à estrutura esponjosa.

E percebeu aquilo que os teóricos do Big Bang não conseguiram perceber: que não são precisas quaisquer anisotropias na distribuição inicial da matéria em torno das quais a matéria se condense! A matéria não se condensa, é repelida pelos vazios!!!

Nem é preciso matéria negra.

Claro que é preciso que agora as continhas dêem certo com as observações. Aí é que a teoria do Big Bang se perde. Porque, sendo uma teoria da «aparência», é incapaz de traduzir a cinemática da matéria.

No Desvanecimento, ao contrário, não há dificuldade em obter o que se observa.

Quanto à «enorme casca esférica»... não, aí é que não é assim. Mas não se pode ser adivinho, não é? Vamos seguir o desenvolvimento passo a passo, ver surgir os quasares, as galáxias, perceber como se formam as espirais, para onde se movem... e depois podemos atrever-nos a prescrutar o futuro...e talvez descobramos algo tão surpreendente que eu nem sei se me vou atrever a falar disso.

Um abraço
De curioso a 12 de Janeiro de 2009 às 23:25
Boas...

Obrigado pela atenção.

É à procura de coisas fantásticas que já leio este blog e o outramargem à mais de um ano...
Venho cá religiosamente todos os dias a ver se há coisas novas...
Espero que não deixe nada de extraordinário só para si... sempre sonhei com a física desta forma... compreensível e acessível... sem coisas forçadas...
Quando a física se tornou demasiado construída (pouco compreensivel) perdi o interesse que tinha (e era muito)... Neste blog encontrei uma lufada de ar fresco...subtileza, elegância e simplicidade.


Espero que continue por muito tempo...


Curioso.
De anonimodenome a 13 de Janeiro de 2009 às 02:02
parabéns Curioso

a imagem mais simples que me ocorre é a de uma meia de nylon numa bela perna de senhora a que se rompe uma malha. O buraco cresce.

Um abraço
De alf a 14 de Janeiro de 2009 às 02:23
Curioso

Pode crer que somos multidão... mas eu prometi a um amigo que haveria de encontrar um modelo para o Universo que fosse logicamente conexo, ou seja, compreensível. Levou o seu tempo, mas as promessas têm de se cumprir, não é?

Mas note que para muita gente um Universo «compreensível» é uma ideia assustadora, porque para muita gente a ideia de «Deus» reside na incompreensibilidade do Universo. O Einstein disse que uma das coisas mais fascinantes do Universo era nós podermos ir compreendendo-o (versão minha) e muita gente diz que isso foi a maior asneira do Einstein - porque a ideia de um Deus construtor das coisas à imagem do homem sossobra num Universo que podemos ir compreendendo.
De __gArY__ a 19 de Janeiro de 2009 às 13:23
sempre tem que ter um chato e perguntar tá mais e como que a primeira movimentação aconteceu?

e segundo a pensar em um sistema fechado por exemplo um balão, desses de festa de criança, neste caso de sistema fechado o vacuo atrai materia devido a pressao certo? agora voces estam a me dizer que num sistema aberto que é o universo, pelo menos achamos que é, o vacuo repele a materia?

como? porque? podem me explicar melhor isso
De alf a 19 de Janeiro de 2009 às 14:40
gArY

Quando temos dois corpos em presença, verificamos que algo se passa que os faz deslocarem-se na direcção um do outro.

Podemos explicar isto dizendo que «os corpos se atraem»; mas esta não é a única explicação possível e tem uma grande dificuldade: os corpos atraem-se como? Há uma «acção à distância» entre eles? O que medeia essa «acção à distância»?

A visão corpuscular que molda a física actual inventou umas partículas, batizadas de «gravitões», para «explicar» essa acção» à distância. Mas, evidentemente, é só uma solução conceptual, não é concebível que existam realmente gravitões.

Einstein explicou de outra maneira - cada corpo produz uma deformação no espaço; essa deformação vai interagir com o outro corpo, modificando o seu movimento.

Aqui, o mediador na acção à distância é o «espaço». O que implica que o «espaço» não é «vazio» mas «medium».

Mas há ainda outras explicações possíveis para o comportamento de dois corpos - por exemplo, que o espaço repele matéria: os corpos são repelidos de todos os lados pelo espaço, a presença de outro faz uma «sombra» que faz com que cada um seja menos repelido na direcção do outro, aproximando-se dele.

No entanto, não é nada disto que está aqui em causa. Podemos usar o conceito mais simples de «a matéria atrai matéria» para explicar a estrutura em grande escala do universo. E, como verá, com este simples conceito veremos que se abrem buracos na distribuição de matéria, bolhas de vazio que irão crescer aceleradamente. Como se o vazio repelisse a matéria. Mas é apenas um «como se», porque toda a análise vai ser baseada na atracção e não na repulsão.

As duas coisas são equivalentes, pensar de qualquer das maneiras conduz ao mesmo resultado.

Tudo isto, assim dito, parecerá muito confuso, mas ficará bem clarinho depois de vermos como as coisas acontecem
De __gArY__ a 19 de Janeiro de 2009 às 21:36
Alf, essa pergunta de como a força atrativa é mediada a distância já me pertubou. Inclusive fui a um forum e fiz a pergunta: "Eu até entendo explicarem a força repulsiva por particulas mediadores (bosons), mas e a força atrativa também é mediada por particulas? A resposta melhor que obtive foi: "A força atrativa ocorre por diferença de potencial."

Claro que essa resposta nem de longe me satisfez, mas a questão é você então acredita que é o espaço que medeia a força atrativa? Se sim como acredita que se da essa repulsão? Pois se estiver a pensar que é uma digamos "propriedade" do espaço repelir matéria e não se aprofundar mais na natureza dessa força então ao meu ver está pegando o mesmo caminho de antes, já que antes se considerava "natural" que matéria atraisse matéria sem nenhuma mediação.

Espero que tenha compreendido minha indagação. Abraços

ps: e a primeira movimentação? é uma questão que prefere não entrar?
De alf a 20 de Janeiro de 2009 às 02:22
O espaço não exerce força atrativa nem repulsiva. O Espaço simplesmente deforma-se, altera-se, onde existe matéria; e os corpos, ao deslocarem-se no espaço, seguem essas «deformações».

O mesmo sucede a uma vibração que se propaga num meio de caracteristicas variáveis; por exemplo, um raio de luz ao atravessar uma lente altera a sua trajectória - mas não foi atraido nem repelido.

Mas é melhor não continuarmos aqui esta discussão. Vamos ver primeiro os posts seguintes para se perceber como a matéria se organizou.

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