Neutrinos y Espacio: ¿Materia ó oscura?

[Sixtino]

Sabemos que la velocidad de rotación de los brazos de nuestra galaxia es mayor de la que predice el modelo gravitacional (por ejemplo al velocidad kepleriana) en base la materia observada.


http://en.wikipedia.org/wiki/Rotation_curve

(Velocidad en km/seg respecto distancia en Megaparsec. Datos empíricos en verde, modelo teórico en rojo.)

Ver más datos:
http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/~sofue/r ... ll-new.gif
http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/~sofue/h-rot.htm
http://www.astro.rug.nl/~ruwen/cosmolog ... ilkrot.png
http://www.astro.rug.nl/~ruwen/cosmology/rotcurve.html
http://www.c-parr.freeserve.co.uk/hcp/galaxy.htm


Todo ello hizo pensar que exisía una materia no visible, y por tanto de origen no bariónica (los quarks interactúan con la luz).

Los neutrinos son leptones (igual que los electrones pero sin carga) que no interactúan con la luz, pero el modelo los suponía sin masa en reposo. Sin embargo, hace pocos años se observó una "oscilación cuántica" entre los tres tipos de neutrinos: los neutrinos electrónicos solares (2/3 de ellos) se convertían en casi un tercio de neutrinos muónicos y en casi un tercio de neutrinos tauónicos. La transición entre los tres leptones sólo se puede explicar si los neutrinos tienen masa en reposo, concretamente del órden del milielectronvolt (o superior). Se han realizado experimentos para medir la masa de lso neutrinos, y hasta el momento sólo se han obtenido "límites superiores", es decir, el valor máximo de la masa:


http://es.wikipedia.org/wiki/Neutrino

http://focus.aps.org/story/v2/st10
http://depts.washington.edu/uwptms/pics ... utrino.png
http://www2.aao.gov.au/2dFGRS/Public/Su ... img039.GIF
http://crio.mib.infn.it/wig/silicini/re ... umass.html

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Hay otras teorías que intentan explicar la curva de velocidades, entre ellas destaco esta (aunque no me convence):
http://www.estfound.org/galaxy/fig5.jpg
http://www.estfound.org/galaxy.htm

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Volviendo a los neutrinos.
Parece ser que después del Big Bang se produjo un gran número de neutrinos, que estarían bañando el universo... ¿bañando de masa?¿es suficiente esa masa o sólo es una pequeña aportación?¿la energía dle vacío no compensa con presión dicha gravedad o la alimenta rotacionalmente?


Y ya puestos, prgeunto más cosas sobre neutrinos (y demás)
¿Por qué se transmutan los números leptónicos entre sí?¿Por qué sólo hay tres familias?¿por qué el neutrino es levógiro y el antineutrino dextrógiro?¿son la misma partícula?¿el neutrino se podría autoaniquilar?¿se conservaría el número leptónico total? Si se aniquilam nos neurinos formando fotones, ¿la materia oscura se conservaría?¿se convertiría en energía?¿qué presión ejerce la energía de fondo?

Todo eso son dudillas que tengo. Gracias a quien las resuelva

[alshain]

¿es suficiente esa masa o sólo es una pequeña aportación?

La aportación es pequeña, algo menos de 0.005 de la densidad de la materia.

Además, no se ajusta con los modelos jerárquicos de formación de estructuras. Los neutrinos modifican el espectro incial de las fluctuaciones de densidad (espectro de potencia de Harrison-Zeldovich) de forma que eliminan las fluctuaciones de menor longitud de onda en el espacio de Fourier (en un proceso físico que se conoce con el nombre de "free streaming damping").

Esto modificaría nuestro cuadro de la historia de formación de estructuras, conviertiéndola básicamente en top-down y no bottom-up (jerárquica por acumulación) como se cree hoy que fue a la luz de los datos sobre distribución de materia en el universo.

¿¿la energía dle vacío no compensa con presión dicha gravedad o la alimenta rotacionalmente?

Esto no lo entiendo. La energía de vacío se cree que proporciona una presión que no sólo es suficiente para compensar a la densidad energética de todo el universo, sino que vale también para acelerar la expansión de forma notable.

¿¿Y ya puestos, prgeunto más cosas sobre neutrinos (y demás)

El resto de las preguntas son duros huesos de física de partículas. Creo que podría aportar algo al menos para la primera, tercera y cuarta, sin estar seguro ahora del resto (aunque a alguna no le veo el sentido). Pero las abordaré cuando tenga un poco más de ganas y tiempo.

Un saludo.

[Sixtino]

Gracias por responder alshain

¿¿la energía del vacío no compensa con presión dicha gravedad o la alimenta rotacionalmente?

Esto no lo entiendo. La energía de vacío se cree que proporciona una presión que no sólo es suficiente para compensar a la densidad energética de todo el universo, sino que vale también para acelerar la expansión de forma notable.

Con "dicha gravedad" me refiero a la que proporciona la materia oscura de las galaxias. La pregunta es: ¿la energía oscura no podría contribuir también a la Curva de Velocidades (rotación de las galaxias)?¿cómo contribuye?

Se supone que la energía oscura es energía, por lo que debería sufrir también la atracción gravitatoria, como cualquier otra energía. Sin embargo, se le asocia una presión a modo "antigravedad" ¿cómo es eso?

Si la energía oscura supone un 73% de la energía total, no veo mucho equilibrio entre la supuesta presión y la supuesta gravedad.

Personalmente creo que hay algo que falla. Creo que hay cosas mal planteadas, o tal vez las estoy planteando yo mal. Si alguien me lo aclara se lo agradeceré.

Mirando la teoría de la relatividad del espaciotiempo, si el universo tuviera energía nula se expandiría de una forma lineal, perfectamente compatible con los datos observados. Suponiendo que toda energía crea un campo gravitatorio (curvatura espacial), al que podemos asociar una energía potencial negativa, ¿qué pasa si sumamos toda la energía? pues que se anula. Es decir, la energía total del universo podría ser nula, si contamos también la energía gravitatoria. Por tanto podría no hacer falta conocer la tipología de la energía, ya que siempre se expandiría como si fuera nula.

La supuesta aceleración yo creo que es un pequeño error sistemático en las medidas. Claro que, también podría ser algo real, con lo que entonces me descuadrarían todos mis esquemas de "principio de simplicidad".

¿¿Y ya puestos, pegunto más cosas sobre neutrinos (y demás)

El resto de las preguntas son duros huesos de física de partículas. Creo que podría aportar algo al menos para la primera, tercera y cuarta, sin estar seguro ahora del resto (aunque a alguna no le veo el sentido). Pero las abordaré cuando tenga un poco más de ganas y tiempo.

Un saludo.

No te preucupes, en realidad lo he dejado un poco en el aire.

Saludos!

[alshain]

Con "dicha gravedad" me refiero a la que proporciona la materia oscura de las galaxias. La pregunta es: ¿la energía oscura no podría contribuir también a la Curva de Velocidades (rotación de las galaxias)?¿cómo contribuye?

La hipótesis es que energía oscura está distribuida de forma homogenea e isótropa en el espacio. Puedes hacer el cálculo si te animas: Buscas el valor de la densidad crítica (o lo calculas para H = 71 Km/s Mpc), tomas un 73% y multiplicas por el volumen de una galaxia. El resultado será despreciable en su efecto sobre estrellas y sus curvas de rotación. No obstante, a escalas ya de cúmulos galácticos, la energía oscura debe ser notable a efectos de la expansión del espacio. En nuestro Grupo Local se cree que es la causante de una deceleración en el colapso gravitatorio.

Se supone que la energía oscura es energía, por lo que debería sufrir también la atracción gravitatoria, como cualquier otra energía. Sin embargo, se le asocia una presión a modo "antigravedad" ¿cómo es eso?

A muy grandes escalas todo contenido del universo se modela como un fluido perfecto con una ecuación de estado p = w d, siendo p la presión, w un número real y d la densidad energética. Para la materia no relativista w = 0 y para la radiación w = 1/3. La energía oscura tiene w < 0, concrétamente se cree w = -1. En la segunda ecuación de Friedmann, que describe la aceleración de la expansión, la presión contribuye tres veces más que la densidad, por lo que un universo con una cantidad suficiente de energía oscura siempre empezará a acelerar su expansión.

Si la energía oscura supone un 73% de la energía total, no veo mucho equilibrio entre la supuesta presión y la supuesta gravedad.

Cierto, de hecho hay desequilibrio, la energía oscura gana y la expansión acelera.

Mirando la teoría de la relatividad del espaciotiempo, si el universo tuviera energía nula se expandiría de una forma lineal, perfectamente compatible con los datos observados.

El "best-fit" sigue siendo el modelo de 0.73 energía oscura y 0.27 materia, pero sí es cierto que la diferencia con el modelo vacío es mínima. Tan mínima que realmente es irrelevante frente a los errores experimentales, así que tu afirmación está perféctamente justificada.

Suponiendo que toda energía crea un campo gravitatorio (curvatura espacial), al que podemos asociar una energía potencial negativa, ¿qué pasa si sumamos toda la energía? pues que se anula. Es decir, la energía total del universo podría ser nula, si contamos también la energía gravitatoria. Por tanto podría no hacer falta conocer la tipología de la energía, ya que siempre se expandiría como si fuera nula.

Para efectos de la expansión lo que cuenta es la densidad energética de la materia. Esta es siempre positiva. Una supuesta energía potencial negativa del campo gravitatorio no influye aquí.

Un saludo.

[Sixtino]

Muchas gracias por responderme

Sí, la ecuación de estado es:

Polvo o materia fría. p << d
Radiación o partículas relativistas p = 1/3 d
Constante cosmológica p = - d
Quintaesencia p = w d con -1< w <0

El valor observacional más probable es w < -0,78 según datos de WMAP, por lo que -1< w < -0,8

Supongamos que w = -1. Ok.

¿Y si consideramos una energía negativa?

Para efectos de la expansión lo que cuenta es la densidad energética de la materia. Esta es siempre positiva. Una supuesta energía potencial negativa del campo gravitatorio no influye aquí.

¿Por qué no influye la energía negativa?

Saludos!

[alshain]

Lo que no influye es la energía del campo gravitatorio. Si existiese materia o energía (en este contexto materia o energía = todo aquello que no es espacio ni tiempo) con energía negativa entonces sí influiría en la expansión.

[Sixtino]

¿Y si el espacio "tiene" masa?, es decir, ¿y si el espacio gravitatorio es "masa negativa"?

¿Por qué las masas (o energías) curvan el espacio?

¿Por qué distinguimos entre espacio y energía?

La gente suele visualizar al espacio como algo estático y a la energía como algo en "movimiento" (fotón, rotaciones, translaciones, vibraciones)...

¿Pero qué es el movimiento?¿Que es el tiempo?

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Desde mi punto de vista, el tiempo no es nada "espacial", sino que debe ser igual que el espacio (variando o no la métrica), por lo que el movimiento no es más que "juegos"de espacio.

¿Por qué curva el espacio una masa? Yo creo que es porque son "lo mismo". Una masa representa un espacio. La suma de la perturbaciónes espacial másica y de la perturbación espacial gravitatoria es nula.

En otras palabras, yo creo que en promedio, el universo es idéntico a un universo sin perturbaciones.

¿Por qué no?

Fijaos que una energía negativa tendría una presión negativa, por ejemplo:

p = w · d d < 0 --> p < 0 si w >0

¿Qué valdría w para la gravedad, según esta hipótesis?¿-1? No lo sé.

me imagino que veréis todo esto como "tonterías", pero me cabe la hipótesis que, quitando mi posible mal planetamiento, algo lógico quede como sustrato.

Gracias.

Saluts!

[alshain]

¿Y si el espacio "tiene" masa?

Eso corresponde con la constante cosmológica...

, es decir, ¿y si el espacio gravitatorio es "masa negativa"?

... cuya densidad energética es positiva y no negativa.

El concepto de energía para el espacio-tiempo no está bien definido y no está claro que tenga un sentido. En cosmología lo que acelera o decelera la expansión del espacio es el contenido material de este o la constante cosmológica, la cual se puede ver como una modificación geométrica de la acción de la gravedad. En un paso usual en cosmología se suele suponer que la constante cosmológica lleva asociada un campo o campos materiales que la producen.

En definitiva, sí es cierto, al menos conceptualmente, que la misma gravitación, en forma de constante cosmológica, puede influir en la expansión del espacio. Pero usualmente a esta se la trata como un contenido más.

El resto me parece muy especulativo...

Un saludo.

[Sixtino]

¿Y si el espacio "tiene" masa?

Eso corresponde con la constante cosmológica...

, es decir, ¿y si el espacio gravitatorio es "masa negativa"?

... cuya densidad energética es positiva y no negativa.

El concepto de energía para el espacio-tiempo no está bien definido y no está claro que tenga un sentido. En cosmología lo que acelera o decelera la expansión del espacio es el contenido material de este o la constante cosmológica, la cual se puede ver como una modificación geométrica de la acción de la gravedad. En un paso usual en cosmología se suele suponer que la constante cosmológica lleva asociada un campo o campos materiales que la producen.

En definitiva, sí es cierto, al menos conceptualmente, que la misma gravitación, en forma de constante cosmológica, puede influir en la expansión del espacio. Pero usualmente a esta se la trata como un contenido más.

El resto me parece muy especulativo...

Un saludo.

Si la energía del espacio es la "energía oscura" y la definimos como positiva. ¿Qué es la masa?¿Qué es la gravedad?

Para responder eso, preguntemonos ¿por qué una masa curva el espacio?

Yo creo que podríamos entender a la masa como una perturbación positiva del espacio, y a la gravedad como una perturbación negativa del mismo.

Luego, cuando tenga un ratillo abriré otro tópic e intentaré exponerlo.

Saluts!

[alshain]

¿Por qué se transmutan los números leptónicos entre sí?

Te refieres a qué se deben las oscilaciones de neutrinos que hacen cambiar el sabor. De forma sencilla se puede decir que para masa y sabor del neutrino vale lo mismo que para posición y velocidad de una partícula en la mecánica cuántica. Ambos están sujetos al principio de incertidumbre y no pueden ser determinados simultáneamente. Esto hace que a pesar de que el sol emita sólo un tipo de neutrinos podamos medir otro tipo cuando los detectamos en la tierra.

¿¿Por qué sólo hay tres familias?

No lo sé y me temo que no se sabe.

¿por qué el neutrino es levógiro y el antineutrino dextrógiro?

Hasta la fecha se han descubierto sólo neutrinos levógiros y antineutrinos dextrógiros. En el modelo estándar esto indica que no deberían tener masa, ya que si tienen masa, la quiralidad debería mezclarse y deberían existir neutrinos levógiros y dextrógiros. Si se asume que tienen masa, tal y como indican los experimentos, hay que postular que las otras quiralidades existen. Para eso hace falta un mecanismo que explique por qué unos (como en neutrino dextrógiro, por ejemplo) se escapan a la detección. Para esto hay que modificar el modelo estándar de partículas. La extensión más usual pasa por asumir que la masa de los neutrinos dextrógiros no es generada por el Higgs, al contrario que el resto de todas las partículas del modelo y que aparece en una escala de masas totalmente diferente y menor. La modificación más usual del modelo estándar implica la violación de la conservación del número leptónico.

¿son la misma partícula?

Parece que sí lo son. La propagación de un neutrino puede verse como antineutrino en la extensión mencionada.

¿el neutrino se podría autoaniquilar?

Sí, pero no tengo claro cómo funciona esto según lo mencionado arriba.

¿se conservaría el número leptónico total?

No lo tengo claro.

Si se aniquilam nos neurinos formando fotones, ¿la materia oscura se conservaría?¿se convertiría en energía?

Se convertirían en fotones y la materia (si entiendes por eso fermiones) desaparecería dando lugar a energía (bosones).

Un saludo.