Explicando la Materia Oscura y la Energía Oscura al lego

Materia oscuraSu 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 los planetas más alejados del sol, su velocidad orbital disminuye. En la galaxia, es una historia similar, pero con el aumento del 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 cayeran a medida que miras los objetos hacia el borde de la galaxia, ya que las estrellas se vuelven más difusas a medida que te alejas y no hay suficiente masa dentro de la órbita para compensar el aumento del radio. En cambio,

Aquí hay un ejemplo de la llamada curva de rotación de la galaxia espiral NGC 3198 :

Sin materia oscura, esperaríamos que la velocidad de los objetos en función del radio (desde el centro de masa) siguiera 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 se superpone 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 camino 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 debe haber tomado la luz para aparecer como la vemos, y la masa necesaria para doblarla de esa manera no se puede contabilizar solo con las estrellas y el gas que vemos en el grupo de lentes. Esto nuevamente sugiere que hay una masa adicional que no podemos ver.

Energía oscura No estás muy equivocado con esto, 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 cosmológico del Big Bang, pero esperaríamos que se desacelerara a medida que la gravedad mutua de todo en el universo actuara entre sí. 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. Es solo en los últimos miles de millones de años que comenzó a hacerse cargo.

Funciona algo como esto. Imagina que tienes una región 1-D de espacio-tiempo de 1 unidad de largo (solo por conveniencia). Aquí está: |--------| Ahora esta región tiene esta 'presión de expansión' de energía oscura actuando 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 se aleja algo, 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 que se encuentre a más de 4,5 gigaparsecs de distancia de nosotros actualmente se está alejando 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 fuera tan alta). La expansión se acumula en 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 a pequeña escala que la gravedad lo contrarresta con creces. Su efecto se puede ver principalmente en las vastas extensiones vacías de espacio entre los cúmulos de galaxias.

¡Espero que ayude!