Nuevo enfoque ideado para mostrar cómo los neutrinos fantasmales ayudaron a dar forma al universo

Siguiente paso en la simulación del universo

Investigadores liderados por el lema de la Universidad de Tsukuba, un nuevo enfoque para mostrar cómo los neutrinos similares a fantasmas ayudaron a dar forma al Universo.

Las simulaciones por computadora han luchado por capturar el impacto de las elusivas partículas llamadas neutrinos en la formación y 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 recientemente en El diario astrofísico, investigadores dirigidos por la Universidad de Tsukuba presentan simulaciones que describen con precisión el papel de los neutrinos en la evolución del Universo.

Siguiente paso en la simulación del universo

Crédito: Universidad de Tsukuba

¿Por qué son importantes estas simulaciones? Una razón clave es que pueden establecer restricciones sobre 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, solo se puede confiar en las limitaciones si las simulaciones son precisas, lo 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.

Los resultados de la simulación demuestran, por ejemplo, que los neutrinos suprimen el agrupamiento de materia oscura (la masa «faltante» 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».

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 usarse para estudiar la dinámica de los neutrinos y los tipos no convencionales de materia oscura. En última instancia, podría conducir a la determinación de la masa de neutrinos.

Lea Resolver un misterio cosmológico de partículas fantasma: teoría de que los neutrinos dan forma al universo validada para obtener más información sobre esta investigación.

Referencia: “Vlasov cosmológico – Simulaciones de Poisson de formación de estructuras con neutrinos reliquia: agrupamiento no lineal y la masa de neutrinos” por Kohji Yoshikawa, Satoshi Tanaka, Naoki Yoshida y Shun Saito, 30 de noviembre de 2020, El diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abbd46