Investigadores dirigidos por la Universidad de Tsukuba idean un nuevo enfoque para mostrar cómo los neutrinos fantasmales ayudaron a dar forma al universo. Crédito:Universidad de Tsukuba
Las simulaciones por computadora han luchado por capturar el impacto de las elusivas partículas llamadas neutrinos en la formación y el crecimiento de la estructura a gran escala del universo. Pero ahora, un equipo de investigación de Japón ha desarrollado un método que supera este obstáculo.
En un estudio publicado este mes en el Diario astrofísico , Los investigadores dirigidos por la Universidad de Tsukuba presentan simulaciones que describen con precisión el papel de los neutrinos en la evolución del universo.
¿Por qué son importantes estas simulaciones? Una razón clave es que pueden imponer restricciones a una cantidad actualmente desconocida:la masa de neutrinos. Si esta cantidad se establece en un valor particular en las simulaciones y los resultados de la simulación difieren de las observaciones, ese valor puede descartarse. Sin embargo, se puede confiar en las limitaciones solo si las simulaciones son precisas, que no estaba garantizado en trabajos anteriores. El equipo detrás de esta última investigación tuvo como objetivo abordar esta limitación.
"Las simulaciones anteriores utilizaron ciertas aproximaciones que podrían no ser válidas, "dice el autor principal del estudio, el profesor Kohji Yoshikawa." En nuestro trabajo, evitamos estas aproximaciones empleando una técnica que representa con precisión la función de distribución de velocidad de los neutrinos y sigue su evolución en el tiempo ".
Para hacer esto, el equipo de investigación resolvió directamente un sistema de ecuaciones conocido como ecuaciones de Vlasov-Poisson, que describen cómo se mueven las partículas en el universo. Luego llevaron a cabo simulaciones para diferentes valores de la masa de neutrinos y examinaron sistémicamente los efectos de los neutrinos en la estructura a gran escala del universo.
Distribución de densidad de neutrinos (izquierda) y materia oscura (derecha) en la estructura cósmica a gran escala. Mientras que los neutrinos se mueven rápido y se ven difusos, La distribución de la materia oscura compone redes cósmicas como la estructura filamentosa. Crédito:Universidad de Tsukuba
Los resultados de la simulación demuestran, por ejemplo, que los neutrinos suprimen el agrupamiento de materia oscura (la masa "perdida" en el universo) y, a su vez, las galaxias. También muestran que las regiones ricas en neutrinos están fuertemente correlacionadas con cúmulos de galaxias masivas y que la temperatura efectiva de los neutrinos varía sustancialmente dependiendo de la masa de neutrinos.
"En general, Nuestros hallazgos sugieren que los neutrinos afectan considerablemente la formación de estructuras a gran escala, y que nuestras simulaciones proporcionan una explicación precisa del importante efecto de los neutrinos, ", explica el profesor Yoshikawa." También es reconfortante que nuestros nuevos resultados sean consistentes con los de enfoques de simulación completamente diferentes ".
La simulación de Vlasov-Poisson de los investigadores (izquierda) predice una distribución de densidad de neutrinos más suave y menos ruidosa en comparación con una simulación tradicional de partículas N-cuerpo de interacción gravitacional newtoniana (derecha). Crédito:Universidad de Tsukuba
Este trabajo representa un hito en la simulación del universo y allana el camino para una mayor exploración de cómo los neutrinos influyen en la formación y el crecimiento de la estructura a gran escala. Por ejemplo, El nuevo enfoque de simulación podría utilizarse para estudiar la dinámica de los neutrinos y los tipos no convencionales de materia oscura. Por último, podría conducir a la determinación de la masa de neutrinos.
