Teoria MOND

Equilíbrio dinâmico gravitacional

Actualização 28 de setembro de 2013

A visão estática e imutável do universo foi apoiada pelo mundo filosófico e científico há mais de 23 séculos. Em 1929 ele entrou em colapso com a descoberta da expansão do universo por Edwin Hubble (1889-1953). Hoje sabemos que os objetos físicos (estrelas, galáxias e gás) que compõem o universo não só, estão em movimento, mas são apenas a parte visível de um "iceberg", onde a maioria, 96% dos massa e energia, seria escondido. Matéria ordinária, matéria escura, energia escura são os constituintes do Universo.
Em 1933, Fritz Zwicky suíço astrofísico, estudando um pequeno grupo de galáxias no aglomerado de Coma e constatou que a massa dinâmica do cluster é muito maior do que a sua massa de luz visível. Naquela época, a descoberta não é considerado revolucionário, o fato de que falta um pouco de matéria em um aglomerado de galáxias não é crítica. Mas a partir de 1978, astrônoma americana Vera Rubin, além de seus quatro filhos, é dedicada ao estudo das galáxias. Nota, em uma escala menor do que as galáxias, as estrelas nos arredores de galáxias parecem girar muito rápido. A curva de rotação de algumas galáxias espirais era plana. A velocidade das estrelas não diminuiu em função da sua distância do centro galáctico. Agora todos os movimentos estão relacionadas a força gravitacional, no sistema solar mais estamos longe do sol, maior sua força gravitacional enfraquece-se e planetas distantes girar mais lento do que os planetas próximos ao redor do sol. É o mesmo para as estrelas em galáxias onde as galáxias em aglomerados de galáxias e, em geral, a todos os corpos que giram em torno de um intenso campo gravitacional.

Para a maioria dos cientistas, não há nenhuma pergunta de desafiar as leis da gravidade, consideram aglomerados de estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias como sistemas em equilíbrio dinâmico gravitacional. Quando as estrelas tiveram tempo para fazer várias vezes em torno de uma galáxia (crossing time), consideramos que a galáxia atingiu o seu estado de equilíbrio gravitacional. Caso contrário, as estrelas teriam desaparecido do espaço gravitacional da galáxia.
A conclusão é que a falta de massa no universo observável para garantir a sua estabilidade. Várias hipóteses têm sido propostas para explicar a anomalia observada. Os cientistas têm tentado adicionar grandes massas na forma de gás molecular, estrelas mortas, as anãs marrons, estrelas de nêutrons, buracos negros, mas não foi o suficiente. Os cálculos mostram que a massa dinâmica deduzida a partir da influência gravitacional é pelo menos 5 vezes maior do que a massa visível nos telescópios.
Em outras palavras, a teoria de Newton é verificado somente se há uma enorme massa adicional em galáxias. A massa enorme falta seria uma materia não-bariônica (prótons, nêutrons). A matéria escura, até então desconhecida, está na moda no mundo científico. No entanto, em 1983, o físico israelense Mordechai Milgrom desafia o conceito de matéria escura. Dispõe de uma pequena modificação da teoria de Newton para resolver o problema da rotação muito rápida das estrelas e galáxias. Mordechai Milgrom chamou sua teoria "MOND".

Imagem: curva de rotação de galáxias espirais. Em azul (A), a curva de rotação calculada usando as equações de Newton, vermelho (B), a curva de rotação observada em função da distância das estrelas em relação ao centro da galáxias. Crédito : www.astronoo.com

Teoria MOND

Teoria MOND (MOdified Newtonian Dynamics), dinâmica newtoniana modificada, desafia o conceito de matéria escura e oferece uma explicação para o problema da curva de rotação plana de galáxias espirais. MOND baseia-se numa modificação da segunda lei de Newton às acelerações muito baixos. No entanto, algumas observações astronômicas, principalmente colisões de aglomerados de galáxias, contradizem esta teoria. Como sabemos hoje, o gás forma a maior parte da massa de um aglomerado de galáxias.
Assim, quando vemos um aglomerado de galáxias que observamos na realidade, o gás que compõe o cluster, ao invés das estrelas do aglomerado em si. O teste crítico da teoria MOND é a colisão de dois aglomerados de galáxias que passar sem mesmo encontrar-se como os aglomerados de galáxias são grãos de poeira em uma imensidão vazia.
Aqui está a contradição com a teoria MOND.
Na teoria da gravidade modificada, não há matéria escura, então imagine uma colisão entre dois clusters (imagem superior). Se não houvesse nenhum materia escura, a materia predominante é o gás. A colisão de dois aglomerados atravessando-se, nos mostrará de um lado da imagem, a matéria comum, ou seja, os grupos de estrelas de um dos dois grupos, e de outro lado os grupos de estrelas de outro cluster. No meio são observadas entre os dois grupos de galáxias, o gás acumulado a partir de cada aglomerado. Com efeito, a nuvem de gás de um aglomerado irá interagir com outro nuvem do outro aglomerado e vai misturar ao contrário do materia pesada (estrelas).
Neste primeiro caso, sem matéria escura (em cima), onde a maior parte da massa após a colisão?
A massa é encontrado na região central do meio de todo o gás, porque o gás é mais maciça do que todas as estrelas.

Agora imagine a mesma experiência (em baixo), onde não há gravidade modificada, mas a presença de matéria escura. Desta vez, a materia dominante é a matéria escura é que ele se concentra a maior parte da massa, porque a matéria escura é cinco vezes mais massiva do que a matéria ordinária (estrelas e gás). Na segunda imagem, para baixo, a matéria escura é representado por bolhas de cinzentos. Quando dois aglomerados colidem, galáxias atravesam-se e o gás se acumula como no exemplo anterior. E a matéria escura pesada vai se comportar como matéria comum das estrelas, ele irá interagir muito pouco e atravessar a imensidão do espaço vazio para se reunir com grupos de estrelas de cada lado do gás.
Neste último caso, com a presença de matéria escura, onde é a maioria da massa após a colisão?
Em ambos os lados do gás, onde existe a matéria actualmente escuro e não onde existe o gás, no como no primeiro caso de figura. É claro neste experimento que a presença de matéria escura ou ausência como na MOND, dá diferentes observações.
Evidências da presença de matéria escura foi trazido pela observação do aglomerado Bala. Observando este aglomerado os cosmólogos reconstituem o mapa de massas, e observaram que as massas são o lugar onde encontra-se as galáxias e não onde é o gás. Esta contradição foi resolvida admitiendo na teoria a existência de uma certa quantidade de matéria escura sob a forma de neutrinos.
A maioria do nosso universo é invisível.