I ricercatori guidati dall'Università di Tsukuba escogitano un nuovo approccio per mostrare come i neutrini simili a fantasmi abbiano contribuito a plasmare l'universo. Credito:Università di Tsukuba
Le simulazioni al computer hanno faticato a catturare l'impatto di particelle sfuggenti chiamate neutrini sulla formazione e la crescita della struttura su larga scala dell'universo. Ma ora, un team di ricerca giapponese ha sviluppato un metodo che supera questo ostacolo.
In uno studio pubblicato questo mese su Giornale Astrofisico , ricercatori guidati dall'Università di Tsukuba presentano simulazioni che descrivono accuratamente il ruolo dei neutrini nell'evoluzione dell'universo.
Perché queste simulazioni sono importanti? Uno dei motivi principali è che possono impostare vincoli su una quantità attualmente sconosciuta:la massa del neutrino. Se questa quantità è impostata su un valore particolare nelle simulazioni e i risultati della simulazione differiscono dalle osservazioni, quel valore può essere escluso. Però, i vincoli possono essere attendibili solo se le simulazioni sono accurate, che non era garantito nei lavori precedenti. Il team dietro quest'ultima ricerca mirava ad affrontare questa limitazione.
"Le simulazioni precedenti utilizzavano alcune approssimazioni che potrebbero non essere valide, ", afferma l'autore principale dello studio, il docente Kohji Yoshikawa. "Nel nostro lavoro, abbiamo evitato queste approssimazioni impiegando una tecnica che rappresenta accuratamente la funzione di distribuzione della velocità dei neutrini e ne segue l'evoluzione temporale."
Per fare questo, il team di ricerca ha risolto direttamente un sistema di equazioni noto come equazioni di Vlasov-Poisson, che descrivono come si muovono le particelle nell'universo. Hanno quindi effettuato simulazioni per diversi valori della massa dei neutrini e hanno esaminato sistematicamente gli effetti dei neutrini sulla struttura su larga scala dell'universo.
Distribuzione della densità dei neutrini (a sinistra) e della materia oscura (a destra) nella struttura cosmica su larga scala. Mentre i neutrini si muovono veloci e sembrano diffusi, la distribuzione della materia oscura compone reti cosmiche come la struttura filamentosa. Credito:Università di Tsukuba
I risultati della simulazione dimostrano, Per esempio, che i neutrini sopprimono l'aggregazione della materia oscura - la massa "mancante" nell'universo - e, a sua volta, le galassie. Mostrano anche che le regioni ricche di neutrini sono fortemente correlate con ammassi di galassie massicci e che la temperatura effettiva dei neutrini varia sostanzialmente a seconda della massa del neutrino.
"Globale, i nostri risultati suggeriscono che i neutrini influenzano notevolmente la formazione della struttura su larga scala, e che le nostre simulazioni forniscono un resoconto accurato dell'importante effetto dei neutrini, " spiega il docente Yoshikawa. "È anche rassicurante che i nostri nuovi risultati siano coerenti con quelli di approcci di simulazione completamente diversi".
La simulazione Vlasov-Poisson dei ricercatori (a sinistra) prevede una distribuzione della densità dei neutrini più uniforme e meno rumorosa rispetto a una tradizionale simulazione di particelle N-corpi dell'interazione gravitazionale newtoniana (a destra). Credito:Università di Tsukuba
Questo lavoro rappresenta una pietra miliare nella simulazione dell'universo e apre la strada a ulteriori esplorazioni di come i neutrini influenzano la formazione e la crescita della struttura su larga scala. Ad esempio, il nuovo approccio di simulazione potrebbe essere utilizzato per studiare la dinamica dei neutrini e dei tipi non convenzionali di materia oscura. In definitiva, potrebbe portare a una determinazione della massa del neutrino.
