Signos de Interacción de la Materia Oscura Consigo Misma

[justinux]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

[FONT=Helvetica] Hola Carroza,[/FONT]
[FONT=Helvetica]
[/FONT]
[FONT=Helvetica] Estoy totalmente de acuerdo contigo. Trataré, en un futuro, de informarme sobre las teorías actuales sobre el tema y entonces abriré un foro planteando la cuestión más concreta de formación de estructuras , y viendo que conclusiones se pueden llegar respecto del problema de colapso o no de la mateiria oscura.[/FONT]
[FONT=Helvetica]
[/FONT]
[FONT=Helvetica]
[/FONT]
[FONT=Helvetica] Saludos[/FONT]

[Alriga]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Hola, hoy he encontrado un post en el que el Astrofísico Ethan Siegel responde a la pregunta:

¿Por qué la materia oscura no forma agujeros negros?

Inmediatamente, he recordado este hilo como similar, y adjunto un resumen de lo que yo he interpretado que dice más o menos ese post, que resulta que corresponde bastante bien a lo que se había ido comentando aquí sobre el tema:

La materia oscura es la forma más abundante de masa en el Universo. Si unimos todas las estrellas, planetas, gas, polvo, plasma, fotones, neutrinos,.. - toda la materia "normal" conocida en nuestro Universo – vemos que sólo es capaz de producir entre el 15 / 17% de la gravedad total que se observa. La masa que origina el 83 / 85% de la gravedad que se observa y que por lo tanto es 5 veces mayor que la ordinaria es completamente invisible, es decir no absorbe ni emite ni luz ni ningún tipo de radiación electromagnética, por eso en un alarde de imaginación los astrofísicos la llaman materia oscura. Sin embargo, sí interactúa gravitacionalmente, lo que ha permitido formar la estructura a gran escala del Universo y mantiene las galaxias juntas. ¿Hay algún motivo por el que no pueda formar agujeros negros?

Estudiando la situación en detalle se descubre que los agujeros negros no son la única cosa que la materia oscura no puede formar; veremos que tampoco se pueden formar estrellas de materia oscura, ni planetas, ni siquiera átomos oscuros. Situémonos en una época temprana del Universo, unos 3 minutos después del big-bang, y por lo tanto mucho antes de que hubiese agujeros negros, estrellas, planetas e incluso átomos.

Todo lo que había era una "sopa" caliente, densa y en expansión de materia y radiación de todos los tipos permitidos por las leyes de la Física. En ese momento en que el Universo tenía una edad de unos pocos minutos, ya estaba allí toda la masa del Universo: estaban allí los diferentes isótopos de los núcleos de Hidrógeno, Helio, poco Litio y muy poquito Berilio formados en la nucleosíntesis primordial, estaban allí todos los electrones, todos los neutrinos y los fotones estaban allí, y toda la materia oscura también estaba allí.

Estaban moviéndose a altísimas velocidades y al mismo tiempo ejerciéndose fuerzas unas sobre otras. Todas ellas sienten la fuerza gravitacional (incluso los fotones, debido a la equivalencia de energía-masa de la ecuación de Einstein), pero la gravedad no es lo único que hay que tener en cuenta ahí. Si hacemos un ranking ordenando de mayor a menor interacción:

Los fotones y los electrones son los que más interaccionan: interactúan muy frecuentemente mediante la fuerza electromagnética, dispersándose y "rebotando" unos con otros, intercambiando energía y momento y chocando a un ritmo frenético. A continuación los núcleos: son mucho más masivos, por lo que su tasa de interacción es menor, y absorben (o pierden) menos impulso con cada colisión.

Siguen los neutrinos: no tienen carga eléctrica, y por lo tanto no interactúan a través de la fuerza electromagnética en absoluto. Sólo pueden interactuar (además de mediante la gravedad) a través de la fuerza débil, lo que significa que las colisiones son muy, muy infrecuentes. Y finalmente la materia oscura, que lidera el ranking en términos de libertad: por lo que se sabe hasta ahora, sólo interactúa mediante la gravedad. No sufre ninguna colisión en absoluto, y por lo tanto todo lo que la materia oscura puede hacer es ser atraída gravitatoriamente hacia las otras fuentes de materia.

A priori podría parecer que eso puede ayudarla a aglomerarse, ya que mientras que la materia normal sufre colisiones e interacciones que la impiden colapsar gravitacionalmente, formando cúmulos más densos, etc., la densidad de materia oscura comienza a crecer en las regiones de mayor densidad. Pero es que esa no es la manera en la que sucede un "colapso". Si estudiamos lo que realmente sucede cuando nube de gas colapsa para formar estrellas, vemos que:

El gas interactúa a través de la fuerza gravitatoria, haciéndose más denso, pero la materia que compone ese gas se “pega”, permitiéndole alcanzar un estado aún más denso. Y esa "pegajosidad" sólo ocurre gracias a la fuerza electromagnética Esta es la razón por la cual la materia pueden colapsar para producir objetos ligados como estrellas, planetas e inicialmente incluso los átomos.

Sin esa pegajosidad se acaba teniendo tan solo una difusa, flojamente sostenida, "esponjosa" estructura, unida sólo mediante la gravedad. Por eso solo se forman halos de materia oscura a escalas de galaxias y de cúmulos, filamentos de materia oscura en escalas aún mayores y ninguna otra estructura de materia oscura.
Sin embargo, estos halos difusos, esponjosos, de materia oscura son muy importantes, ya que son las semillas de toda la estructura ligada en el Universo actual. Esto incluye galaxias, grupos de galaxias, cúmulos de galaxias, supercúmulos y filamentos intergalácticos, así como toda la subestructura que hace que estos objetos se mantengan. Pero sin una fuerza adicional - sin una fuerza "pegajosa" para mantenerla unida, para intercambiar energía y momento - la materia oscura está destinada a permanecer en este estado esponjoso y difuso sin remedio. La materia normal puede formar las estructuras estrechamente ligadas que conocemos, pero la materia oscura no tiene forma de chocar inelásticamente, de perder momento cinético ni momento angular y por lo tanto, tiene que permanecer suelta y en forma de halo.

A priori puede parecer desconcertante pensar que no es la fuerza gravitatoria la que gesta planetas, estrellas, agujeros negros y demás, y que la gravedad es sólo una parte en el proceso. Puede ayudar a entenderlo si imaginemos que cogemos una pelota de cualquier tipo y la lanzamos. La pelota está hecha de átomos y por experiencia sabemos lo que va a hacer: se moverá en una trayectoria parabólica (despreciando la resistencia del aire), alzándose hasta llegar a una altura máxima y descendiendo a continuación hasta que finalmente golpee la Tierra y después de rebotar algunas veces quede quieta en ella. Con mayor nivel de precisión, en realidad la bola se mueve en una órbita elíptica de gran excentricidad, con el foco de la elipse en el centro de masa de la Tierra, pero como el suelo se interpone en el camino de esa alargada elipse, la pequeña porción de elipse que vemos, aparenta un arco de parábola. Pero si fuésemos capaces de convertir esa pelota en una bola de materia oscura, lo que sucedería sería bien diferente.




Sin la fuerza electromagnética, sucederían fenómenos que no hemos visto nunca en nuestro mundo de átomos:

- Como no habría interacción, (aparte de la gravedad), entre las partículas que componen la bola y los átomos de la Tierra, en lugar de hacer una parábola, chocar y detenerse, la masa de materia oscura atravesaría la superficie, pasaría a través de las diversas capas de la Tierra, orbitando alrededor del centro en una elipse casi perfecta, (pero no completamente, debido a las capas y la densidad no uniforme de la Tierra), saliendo de nuevo a la superficie muy cerca de donde entró, haciendo una aparente parábola de nuevo en el aire, penetrando de nuevo en la tierra y continuaría orbitando así indefinidamente.

- Tampoco hay interacciones que mantenga este grupo de materia oscura junto. Así que, aunque los átomos de una bola de materia normal también tienen algunos movimientos aleatorios, se mantienen unidos por la fuerza electromagnética, manteniendo la pelota como estructura en sí misma. Pero si se elimina la fuerza electromagnética, los movimientos aleatorios de las partículas de materia oscura trabajarán para desvincularse de formar una estructura, ya que la gravitación del grupo entre sí, es insuficiente para mantenerlo unido.

- Esto significa que con el tiempo (y suficientes órbitas), la materia oscura se estira en una largo óvalo, y ese óvalo se agranda y se vuelve cada vez más difuso, similar a las partículas que componen la corriente de desechos de un cometa, o los anillos de un planeta, sólo que todavía más difuso.

La materia oscura no puede formar agujeros negros u otras estructuras estrechamente unidas, porque la gravedad por sí sola no es suficiente para unir algo de forma compacta. Debido a que la fuerza de la gravedad es tan débil, sólo puede unir débilmente, lo que significa estructuras enormes y difusas, aunque muy masivas. Para formar un "grupo" de algo - una estrella, un planeta o incluso un átomo – es necesaria una fuerza que sea más fuerte que la gravedad si no, no se consigue que ello suceda.

Hay que tener en cuenta una última posibilidad: es posible que la materia oscura autointeractúe (o interactúe con la materia o la radiación, a algún nivel), pero si lo hace, tenemos limitaciones experimentales sobre lo débil que sería esa interacción. Y sería muy, muy débil si finalmente no es cero.

Así es que aunque a priori se pueda pensar en la gravedad como la única fuerza que importa en las más grandes escalas, la verdad es cuando estudiamos las estructuras que vemos -las que emiten luz, las que albergan átomos y moléculas, las que colapsan en agujeros negros-, en realidad son las otras fuerzas, (unidas a la gravedad), las que permiten su existencia. Se necesita algún tipo de colisión inelástica y pegajosa, y la materia oscura no siente las interacciones correctas para hacer eso posible. Debido a ello, la materia oscura no puede hacer ni una galaxia, ni una estrella, ni un planeta o un agujero negro. Se necesita algo más que sólo la gravedad para poder hacer ese trabajo.

Why Doesn't Dark Matter Form Black Holes?

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Pero la materia oscura consigue lo mejor en términos de libertad: por lo que sabemos, sólo interactúa a través de la gravedad. No hay ninguna colisión en absoluto, y por lo tanto todo lo que la materia oscura puede hacer es ser atraída gravitatoriamente hacia las otras fuentes de materia.

¡Esto podría, preocupantemente, empeorar las cosas! Mientras que la materia normal tiene colisiones e interacciones que la impiden colapsar gravitacionalmente, formando cúmulos más densos, etc., la densidad de materia oscura comienza a crecer en las regiones de mayor densidad. Pero esto no sucede de la manera que usted piensa que sucede un "colapso". Cuando una nube de gas colapsa para formar estrellas, ¿qué sucede?

El gas interactúa a través de la fuerza gravitatoria, haciéndose más denso, pero la materia que compone ese gas se “pega”, permitiéndole alcanzar un estado aún más denso. ¡Esa "pegajosidad" sólo ocurre gracias a la fuerza electromagnética!

La fusión nuclear es un proceso electromagnetico???

Pregunto para aprender

se que tiene que superar la barrera de potencial electromagnetico de la cargas similares, pero la "pega" es nuclear no electromagnética creo.

Esta es la razón por la cual la materia pueden colapsar para producir objetos ligados como estrellas, planetas e incluso átomos......

La materia oscura no puede formar agujeros negros u otras estructuras estrechamente unidas porque la gravedad por sí sola no es suficiente para unir algo de forma compacta. Debido a que la fuerza de la gravedad es tan débil, sólo puede unir débilmente, lo que significa estructuras enormes y difusas aunque muy masivas. Si quieres un "grupo" de algo - una estrella, un planeta o incluso un átomo - necesitas una fuerza que sea más fuerte que la gravedad para conseguir que ello suceda.

Sin interacción su densidad no puede alcanzar una concentración de masa suficiente para entrar dentro de un volumen esférico con un radio inferior al de Schwazchild por eso no crea AN, no hay forma de comprimirla si atravieza la materia al modo de los neutrinos...eso entiendo

- ¡Tampoco hay interacciones que mantenga este grupo de materia oscura junto! Así que, aunque los átomos de una bola de materia normal también tienen algunos movimientos aleatorios, se mantienen unidos por la fuerza electromagnética, manteniendo esa bola como estructura en sí misma. Pero si quitas esa fuerza electromagnética, los movimientos aleatorios de las partículas de materia oscura trabajarán para desvincularse de formar una estructura, ya que la gravitación del grupo entre sí, es insuficiente para mantenerlo unido.

- Esto significa que con el tiempo (y muchas órbitas), la materia oscura se estira en una largo óvalo, y ese óvalo se agranda y se vuelve cada vez más difuso, similar a las partículas que componen la corriente de desechos de un cometa, o los anillos de un planeta, ¡aún más difuso!

Bueno pero aun asi conserva el momento angular y mantiene el giro de las galaxias.

Debido a ello, la materia oscura no puede hacer una galaxia, una estrella, un planeta o un agujero negro. Se necesita algo más que sólo la gravedad para hacer el trabajo.

Se me escapa de la punta de los dedos, una pregunta la materia oscura se escapa entonces de los AN?..., si no lo hace entonces si es parte del AN y entonces a la vez lo forma...? No esta muy clara la cosa..

Gracias Alriga por compartirlo...

[pod]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

La fusión nuclear es un proceso electromagnetico???

Pregunto para aprender

se que tiene que superar la barrera de potencial electromagnetico de la cargas similares, pero la "pega" es nuclear no electromagnética creo.

[/I]

No, en el interior del núcleo la interacción dominante es la nuclear fuerte. Pero el artículo no llega a tan bajo nivel, se queda en los átomos que son "neutros" (blancos) en cuanto a la interacción fuerte.

Se me escapa de la punta de los dedos, una pregunta la materia oscura se escapa entonces de los AN?..., si no lo hace entonces si es parte del AN y entonces a la vez lo forma...? No esta muy clara la cosa..

Gracias Alriga por compartirlo...

Los agujeros negros son puramente gravitatorios. Ergo, si un puñado de materia oscura cae en el agujero negro, no podrá salir (igual que no puede salir nada más).

A esta respecto, dos consideraciones:

En primer lugar, no hay ninguna ley que prohíba que la materia oscura forme agujeros negros. Puede formarlos igual que cualquier otro tipo de materia u energía. Ahora bien, como no participa de ninguna fuerza "disipativa" (uso el término un poco laxamente, en física de particulas no hay disipación como tal sino que tendríamos que hablar de procesos inelásticos donde nuevas partículas, como fotones, se llevan parte de la energía), es muy poco probable que se formen grumos de materia oscura suficientemente densos como para llegar a colapsar. Muy poco probable no significa imposible; pero tal improbabilidad no explicaría el número de agujeros negros que creemos que hay (por ejemplo, en el centro de cada galaxia).

En segundo lugar, aunque muy relacionado, tampoco hay nada que proteja a la materia oscura de caer en un agujero negro ya formado. Como cualquier partícula, una de materia oscura tendrá una órbita al rededor del agujero negro. Si esa trayectoria lleva dentro del horizonte en algún momento, la partícula nunca más saldrá. Y, al contrario, si su trayectoria le lleva muy cerca, pero no dentro, del horizonte, entonces no caerá. Con la materia bariónica la cosa es similar, pero hay una gran diferencia: si su trayectoria le lleva relativamente cerca del horizonte, entonces se encontrará con una gran cantidad de materia barónica que también habrá sido atraída por esos lares. Al encontrarse tan cerca, habrá cierta fricción (interacción electromagnética) que tenderá hacer perder energía a la materia bariónica (liberando luz), y haciendo que caiga en espiral al agujero negro. Son los conocidos discos de acreeción. Es decir, la gran diferencia es que la materia oscura debe llevar el rumbo exacto de colisión para caer al agujero; mientras que la materia ordinaria no necesita llevar el rumbo exacto, porque otras interacciones la llevarán al agujero.

[Jaime Rudas]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Es decir, la gran diferencia es que la materia oscura debe llevar el rumbo exacto de colisión para caer al agujero; mientras que la materia ordinaria no necesita llevar el rumbo exacto, porque otras interacciones la llevarán al agujero.

Me entra una duda: supongamos que una partícula de materia oscura atraviesa el radio de Schwarzschild en trayectoria elíptica (como la trayectoria azul en la figura que presentó Alriga), ¿qué impide que vuelva a salir en la siguiente órbita?

[Alriga]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

… sé que tiene que superar la barrera de potencial electromagnético de las cargas similares, pero la "pega" es nuclear no electromagnética creo …

pod ya te ha contestado correctamente, yo solo aporto información adicional.

Para romper la barrera de Coulomb la energía de las partículas ha de ser enorme. Y lo era entre aproximadamente 1 segundo, (T=100 mil millones de Kelvin) y unos 1000 segundos (T=1000 millones de Kelvin) después del inicio del Universo. Entonces se produjo la nucleosíntesis primordial, que solo fue capaz de producir los diferentes isótopos de los núcleos de Hidrógeno, Helio, poco Litio y muy poquito Berilio, nada más.

El relato de Ethan Siegel empieza posteriormente a esa época, por eso solo habla de interacción electromagnética. La interacción nuclear no volverá a tener protagonismo en el Universo hasta que la gravedad y la fuerza electromagnética hayan conseguido acumular la suficiente materia en un espacio lo suficientemente reducido para que la temperatura sea lo suficientemente alta y se enciendan los núcleos de las estrellas.

… una pregunta ¿la materia oscura se escapa entonces de los AN? …

Veo que ya te ha explicado pod que no.

… si no lo hace entonces si es parte del AN y entonces a la vez lo forma...? …

Hagamos una estimación de la masa de materia oscura que puede haber en un agujero negro de por ejemplo 3 masas solares.

$M=\notcien{6}{30} \ kg$

Su Radio se Schwarzschild, su Volumen y su Densidad:

$R=\dfrac{2 G M}{c^2}=8911 \ m$

$V=\notcien{2.96}{12} \ m^3$

$\rho=\notcien{2}{18} \ kg/m^3$

Por otro lado, como la materia oscura no se agrupa fuertemente como explica el post, como estimación aproximada podemos suponer que habrá más o menos una densidad parecida a la que hay en todo el Universo que es:

$\rho_{mo}=\notcien{2.3}{-27} \ kg/m^3$

Por lo tanto 45 órdenes de magnitud menor que la densidad de materia ordinaria. En todo el agujero negro, según esta estimación hay

$M_{mo}=\notcien{2.3}{-27} \cdot \notcien{2.96}{12}=\notcien{7}{-15} \ Kg$ de materia oscura

Como ves, aunque hubiésemos subestimado la cantidad 1000 billones de veces ( $10^{15}$ ), aun así apenas tendríamos algunos miserables 7 kilos de materia oscura en todo el agujero negro de 3 masas solares.

Saludos.

- - - Actualizado - - -

Me entra una duda: supongamos que una partícula de materia oscura atraviesa el radio de Schwarzschild en trayectoria elíptica (como la trayectoria azul en la figura que presentó Alriga), ¿qué impide que vuelva a salir en la siguiente órbita?

Como son partículas con masa, su velocidad será inferior a la velocidad de la luz en cualquier punto de la trayectoria. Atravesarán el horizonte de sucesos a v < c. Y como la velocidad de escape de un agujero negro es v = c nunca podrán salir. Recuerda que ni siquiera un fotón que ingresa en el agujero negro, sea cual sea la forma de su trayectoria de ingreso, puede salir, por lo tanto mucho menos una partícula con masa que va siempre más lenta que el fotón. (Las trayectorias de las partículas dentro del horizonte de sucesos son espirales que finalizan en una singularidad)

Por otro lado, si en el dibujo que he hecho de la bola de materia oscura y la Tierra, la velocidad de la bola fuese superior a la velocidad de escape de la Tierra, ya no podría dibujar una elipse, debería dibujar una parábola o una hipérbola)

Saludos.

[pod]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Me entra una duda: supongamos que una partícula de materia oscura atraviesa el radio de Schwarzschild en trayectoria elíptica (como la trayectoria azul en la figura que presentó Alriga), ¿qué impide que vuelva a salir en la siguiente órbita?

La gravedad.


Las trayectorias elípticas son una aproximación Newtoniana. En relatividad general las órbitas ya no son más elípticas. Recuerda, por ejemplo, la precesión del perihelio de Mercurio; incluso tan lejos del horizonte de sucesos se nota la desviación de la elipsidad. Por ejemplo, las orbitas en RG casi nunca son cerradas (hay algunos casos de órbitas cerradas, pero creo -no afirmo 100%- que todos los casos son circulares; un caso tan improbable como las órbitas cerradas newtonianas).

En particular, si una órbita trayectoria cruza el horizonte, entonces siempre acaba colisionando con la singularidad.

[carroza]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Hagamos una estimación de la masa de materia oscura que puede haber en un agujero negro de por ejemplo 3 masas solares.

$M=\notcien{6}{30} \ kg$

Su Radio se Schwarzschild, su Volumen y su Densidad:

$R=\dfrac{2 G M}{c^2}=8911 \ m$

$V=\notcien{2.96}{12} \ m^3$

$\rho=\notcien{2}{18} \ kg/m^3$

Por otro lado, como la materia oscura no se agrupa fuertemente como explica el post, como estimación aproximada podemos suponer que habrá más o menos una densidad parecida a la que hay en todo el Universo que es:

$\rho_{mo}=\notcien{2.3}{-27} \ kg/m^3$

Por lo tanto 45 órdenes de magnitud menor que la densidad de materia ordinaria. En todo el agujero negro, según esta estimación hay

$M_{mo}=\notcien{2.3}{-27} \cdot \notcien{2.96}{12}=\notcien{7}{-15} \ Kg$ de materia oscura

Como ves, aunque hubiésemos subestimado la cantidad 1000 billones de veces ( $10^{15}$ ), aun así apenas tendríamos algunos miserables 7 kilos de materia oscura en todo el agujero negro de 3 masas solares.

Saludos.

Hola. Creo que podrias mejorar tu estimación de la masa de materia oscura en el agujero negro. Imaginate un agujero negro, en los brazos de una galaxia espiral. El agujero va rotando con la galaxia, y se va "comiendo", la materia oscura que encuentra a su paso (y que no rota con la galaxia visible). Tras varios miles de millones de años habrá comido bastante.

Sin embargo, el agujero negro grande del centro de la galaxia, probablemente no se mueva con respecto a la materia oscura que estabiliza a la galaxia, y "coma" menos en proporcion.

Para estimar esto, necesitas conocer la velocidad de rotación de la galaxia. ¿Alguna idea?

Saludos

[Alriga]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

... Para estimar esto, necesitas conocer la velocidad de rotación de la galaxia. ¿Alguna idea? ...

Buena idea carroza. Se estima que los objetos periféricos más alejados del centro de la Vía Láctea estarían a unos 90 mil años luz y su período de rotación en torno al centro de la Galaxia sería de unos 360 millones de años.

El radio de la galaxia de 90 mil años luz $R_g=\notcien{8.51}{20} \ m$

La circunferencia de la galaxia $L_g=2 \pi R_g=\notcien{5.35}{21} \ m$

El periodo de rotación de 360 millones de años $T_g=\notcien{1.14}{16} \ s$

La velocidad $v=\dfrac{L_g}{R_g}=\notcien{4.71}{5} \ m/s$

Supongamos que en ese punto periférico está situado el agujero negro de 3 masas solares

Su radio de Schwarzschild era de $R_s=8911 \ m$

La proyección del área del agujero negro perpendicular al movimiento $A=\pi R_s^2=\notcien{2.49}{8} \ m^2$

La densidad de materia oscura es actualment $\rho_{mo}=\notcien{2.3}{-27} \ kg/m^3$

Pero la densidad de materia oscura era mucho mayor hace miles de millones de años que ahora, hay que recordar que la densidad es siempre decreciente debido a la expansión del Universo. Tomemos la densidad que había en z=6 como constante, ello hinchará bastante la cantidad de materia oscura absorbida por el agujero negro, pero bueno es una estimación.

En z=6, hace 12.900 millones de años había $\rho_{mo}=\notcien{7.61}{-25} \ kg/m^3$

El flujo de entrada de materia oscura en el agujero negro era:

$\dot Q=\rho_{mo} \cdot v \cdot A=\notcien{8.94}{-11} \ kg/s=0.0028$ kg/año = 2822 kg por millón de años

Si el agujero negro y la galaxia tienen unos 12.900 millones de años, y la densidad de materia oscura no hubiese disminuido, aún así saldría que en ese tiempo han ingresado en el agujero negro tan solo 36.400 toneladas $\notcien{3.64}{7} \ kg$ de materia oscura, (menor masa que los barcos medianos de transporte de containers que se construyen en la actualidad), cantidad insignificante respecto de los $\notcien{6}{30} \ kg$ de materia bariónica del agujero negro, la proporción es

$\dfrac{M_{mo}}{M_{mb}}=\notcien{6.07}{-24}$

Y como hemos dicho, esta estimación está muy sobrevalorada, puesto que la densidad ha descendido 2 órdenes de magnitud en 12.900 millones de años, descenso que no hemos tenido en cuenta.

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Y como hemos dicho, esta estimación está muy sobrevalorada, puesto que la densidad ha descendido 2 órdenes de magnitud en 12.900 millones de años, descenso que no hemos tenido en cuenta.

Gracias por sus esfuerzos en aclararnos el tema, y quiza abusando un poco de ello, observo a la vez unos detalles, que quizás no consigo entender o se me pasaron por alto...(Si el hilo estira abramos uno nuevo).

El valor la densidad de materia oscura que usas, de donde sale o como lo obtuviste?. Aparte veo se usa el termino densidad pues creo que no existe una partícula definida con una masa x contenida en determinado volumen y no?.

Otro punto ¿porque consideras que es constante esa densidad?, (si bien entendí que ha variado en el tiempo),¿ la densidad no debería ser mayor en las cercanías de un objeto masivo cualquiera?, como lo es el bulbo en torno al núcleo de las galaxias y en base a esa mayor densidad yo creo que es mayor el porcentaje de materia oscura que come el AN supermasivo central.he releído y visto que justinux lo justifica en el post #32 ,solo en cierto límite termodinámico, que carroza le rebate en el post #35

Hay que tener en cuenta una última posibilidad: es posible que la materia oscura autointeractúe (o interactúe con la materia o la radiación, a algún nivel), pero si lo hace, tenemos limitaciones experimentales sobre lo débil que sería esa interacción. Y sería muy, muy débil si finalmente no es cero.

Mi observación es que por todo lo dicho, donde hay mas gravedad mas concentración de MO debería hallarse, tanto por la atracción de los AN que generan geodésicas casi cerradas, como también porque sería el propio cúmulo de MO el que puede generar curvatura que la mantenga mas concentrada que en el resto del espacio intergaláctico.

Y debido a que solo las trayectorias seguidas por la MO similares a una parábola (en la aproximación newtoniana) son las que impactaran con el horizonte de sucesos del AN, y a que sin otro tipo de interacción de ninguna manera las trayectorias del tipo elípticas e hiperbólicas se pueden desviar para hacer caer a la MO al AN, y entonces el porcentaje de perdida sería ínfimo según lo calculas, pero entonces ¿cual sería el motivo por el cual la densidad ha caído con el tiempo?, solo la expansión volumétrica del espacio es la responsable?.

Por último he editado , porque nos permitimos hablar de trayectoria si no podemos definir a la partícula ni su velocidad , solo la densidad y el modulo de su velocidad promedio...

Si la galaxia ya tiene 12900 millones de años y tarda 360 millones en dar una vuelta, entonces ya ha dado casi 36 giros, y ya casi no queda MO cercana al núcleo de la galaxia que siga trayectorias ni hiperbólica ni parabólica, a menos que en su viaje interactue con los cúmulos de los discos o sobre si misma, es así como debo entenderlo? la parabólica termino dentro del AN y la hiperbolica fuera de la galaxia.

Hemos sido testigos, con el experimento en LIGO durante la detección de las ondas gravitacionales, que dos AN se unen mediante trayectorias de acercamiento en espiral, en esos momentos en particular, no se ocurre como la MO puede escapar en grandes cantidades, por el contrario debe ser la mejor forma de captarla por unidad de tiempo, hacia el interior de ambos horizontes de sucesos,no?.

Otra pregunta muy naif, que quizá revele que he entendido poco o nada,porque hacen aplicaciones termodinamicas a algo que no radia ,si no radia no se puede aplicar ley de wien para saber su temperatura.Digo no es aplicable un modelo de equilibrio hidrostático como en un planeta gaseoso, donde hay un equilibrio entre gravedad, presion y densidad?(Solo suponiendo que el rango de temperatura no excede unos pocos grados kelvin)

Gracias

[Jaime Rudas]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

La gravedad.


Las trayectorias elípticas son una aproximación Newtoniana. En relatividad general las órbitas ya no son más elípticas. Recuerda, por ejemplo, la precesión del perihelio de Mercurio

Todo claro: muchas gracias

[Alriga]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

El valor la densidad de materia oscura que usas, de donde sale o como lo obtuviste?

A z=6 le corresponde un factor de escala a=1/(1+z)=0.143

La materia ha sido siempre la misma, pero el espacio que ocupa no, ha ido aumentando con la expansión del universo, de ahí el factor de escala. Por lo tanto la densidad de materia disminuye, grosso modo como el cubo del factor de escala.

Sabemos que ahora, ( a=1 ), la densidad de m.o. es 2.3E-27 kg/m3. Para calcular la que había aproximadamente en a=0.143

$\rho \simeq \dfrac{\notcien{2.3}{-27}}{0.143^3}=\notcien{7.89}{-25} \ kg/m^3$

El cálculo más exacto se hace integrando las Ecuaciones de Fridman, de ahí que yo en el post haya puesto $\rho=\notcien{7.61}{-25} \ kg/m^3$ como valor más preciso

Aparte veo se usa el termino densidad pues creo que no existe una partícula definida con una masa x contenida en determinado volumen y no?

No se ha detectado nunca aun una partícula de materia oscura y no se sabe cómo es, podría haber de varios tipos, pero se conoce la densidad de materia oscura en el Universo que es el valor que uso y que las incluiría a todas

Otro punto ¿porque consideras que es constante esa densidad?, (si bien entendí que ha variado en el tiempo)

Para hacer una estimación de máximos. Como he explicado más arriba, la expansión del Universo ha hecho que la densidad continuamente decrezca, por eso si tomo el máximo como constante, obtendré una estimación de masa absorbida que será seguro mayor que el valor real.

¿ la densidad no debería ser mayor en las cercanías de un objeto masivo cualquiera?, como lo es el bulbo en torno al núcleo de las galaxias y en base a esa mayor densidad yo creo que es mayor el porcentaje de materia oscura que come el AN supermasivo central.

Esa sería otra estimación, se pueden hacer muchas otras estimaciones de muchas situaciones agujero-negro teniendo en cuenta muchos factores intervinientes, como tú señalas. Yo me he limitado a la que corresponde a un agujero negro de 3 masas solares girando en la periferia de la galaxia en las condiciones que he detallado, y con ello doy por satisfecha la curiosidad que yo pudiese tener en el tema, tampoco tengo interés en chupar tanto el espaguetti,

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Luego de releerme el hilo completo donde la complejidad no me deja ver lo obvio, he intentado por las mías atando un par de ideas sueltas ....y por lo tanto presento mi calculo, sin animo alguno de contradecir lo expuesto anteriormente,solo he buscado una manera de calcular lo mismo por un método que "entienda" o me suene logico, a mi nivel.

tampoco tengo interés en chupar tanto el espaguetti,

No... mis vicios no son contagiosos, .... , solo busco unos simples si y no para eliminar un poco la p...mental.

Les comento lo que tengo en mente, a la manera newtoniana , nada de $R_{uv}$ por ahora, para ver si hice bien los deberes.


gracias a nuevamente a Alriga quien me ha contestado en http://forum.lawebdefisica.com/threa...odin%C3%A1mico

si calculamos la masa de Jeans

$M_J=\sqrt{\dfrac{3}{4 \pi \rho_{mo}} \ \left ( \dfrac{5 \ k_b \ T}{G \ M_{mo}} \right )^3}$

$\rho_{mo}=\notcien{2.3}{-27} \ kg/m^3$

$k_b=\notcien{1.380662}{-23} \dfrac{J}{ K}$

$G=\notcien{6.672}{-11} \dfrac{m^3}{s^2Kg}$

Si suponemos que la materia oscura no emite radiación ni cambia su temperatura interactuando con lo que sea, es decir la MO no transmite de modo alguno calor por radiación, convección ni conducción ni se la ve en el fondo de microondas es "porque tiene una temperatura menor a 4K".(esto me lo he inventado, o es lo que creo que sucede)

el único dato que falta es $[M_{mo}$ sería la "masa molecular de materia oscura" que como no se si existe este valor , busque una estimación en http://forum.lawebdefisica.com/threa...materia-oscura

y gracias a carroza tengo que según se postule

$\boxed{M_{mo}\cong \begin{pmatrix}<br /> (1)\text{particulas de 1 TeV}& 1Kg &\to &M_J=\notcien{8.5778551}{-5}kg\\<br /> (2) \text{axiones} & 0.0217644Kg &\to &M_J=\notcien{2.671}{-2}kg\\<br /> (3) \text{warm dark mattter}& \notcien{1}{-9}Kg&\to &M_J=\notcien{2.712}{9}kg<br /> \end{pmatrix}}$

siendo el 3 el que mas me convencería.

según entiendo entonces estos $\notcien{2.712}{9}kg$ de materia oscura en una esfera de $\notcien{6.928}{-2}$años luz de radio colapsarían sobre si mismos creando algo....un Agujero negro talvez cuando alcancen el radio de Schwarzchild ........ hay algo que no me cierra ...... la masa es menor que la de un planeta.... me habré equivocado en las unidades , no lo creo

son muy pocos kilos en una región grande, habría agujeros negros por doquier...

el radio de Schwarzchild

$r_s = {2 G M_j \over c^2}=\notcien{4.021}{-18}m$

la verdad nada cuadra .... osea con consideraciones termodinámica y dinámica newtoniana me parece que no hay colapso...según mi burdo calculo.

Pero con este método el tiempo de caída libre para crear el agujero negro será

$t_{ff}=\dfrac{1}{\sqrt{G\rho_{mo}}}\cong 80000$ millones de años , es decir, todavía el universo es joven como para que eso suceda....lo que si bien es "indemostrable" al menos no esta fuera de lo observado.

[Alriga]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Hola, supongo que os habéis enterado que el 25 de Diciembre falleció a los 88 años la gran astrónoma Vera Rubin.

En 1933 el excéntrico (y gran) astrónomo Fritz Zwicky estudiando los movimientos individuales de las galaxias que forman el gran cúmulo galáctico de Coma Berenices utilizando el Teorema del Virial, apuntó a que los movimientos observados solo podía explicarse si existía una gran cantidad de masa que no emitía luz a la que llamó "materia oscura"
Sin embargo la precisión en las medidas por aquella época era bastante baja y los estudios de Zwicky no fueron considerados como determinantes.

No fue hasta 1970 cuando Vera Rubin estudió la evolución de las velocidad de rotación de las estrellas en varias galaxias en función de la distancia al centro, que quedó claro que la materia que podía observarse emitiendo luz era claramente insuficiente para explicar las observaciones, y la existencia de "materia oscura" en los halos galácticos entro a formar parte del corpus de conocimientos de la Astrofísica.

Vera Rubin ha sido durante décadas candidata al Premio Nobel de Física, pero al final ha fallecido sin recibirlo. Hay una corriente de opinión que afirma que es un poco injusto que Perlmutter et. al. recibieran el Nobel por la Energía Oscura mientras Vera Rubin no lo ha recibido por la constatación de la anomalía en la curva de rotación galáctica que necesita de la Materia Oscura.

Como homenaje a Rubin, la Revista Scientific American, en su versión en español Investigación y Ciencia, permite descargar de forma gratuita sólo hasta el 2 de Enero el artículo que Vera Rubin escribió para la revista en 1983 en el que explicaba sus descubrimientos. El enlace es este: Materia oscura en galaxias espirales en donde entre otras cosas dice:

… en una galaxia espiral … si como pasa en el sistema solar, la masa está en la proximidad del centro, entonces las velocidades a distancia “r” del centro decrecen en la relación de $1/r^2$
De nuestras observaciones se desprende una conclusión tajante: las curvas de rotación son aplanadas o crecientes hasta los límites visibles de la galaxia. No hay regiones extensas donde la velocidad decrezca con la distancia al centro, como cabría esperar si las masas se concentraran en la parte central. La conclusión es inmediata: a diferencia de la luminosidad, la masa no está concentrada cerca del centro de las galaxias espirales. La distribución de la luz en una galaxia no constituye, pues, ninguna indicación de la distribución de masa …

Y yo añado, recordad que siempre que oigáis hablar del modelo $\Lambda CDM$ , la "C", la "D" y la "M" (Cold Dark Matter), son la contribución de la gran astrónoma Vera Rubin a la Cosmología.

Saludos.

[Alriga]

Re: ¿Hay fuerzas no gravitatorias en la Materia Oscura?

Hoy también el blog de la Mula Francis publica un post en el que se expresa su extrañeza por el hecho de que Vera Rubin no haya recibido el Nobel de Física:

Vera Rubin y las mujeres nominadas al Nobel de Física

Saludos.