Computersimulaties hebben moeite gehad om de impact vast te leggen van ongrijpbare deeltjes, neutrino's genaamd, op de vorming en groei van de grootschalige structuur van het universum. Maar nu, een onderzoeksteam uit Japan heeft een methode ontwikkeld die deze hindernis overwint.

In een studie die deze maand in de Astrofysisch tijdschrift , onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Tsukuba presenteren simulaties die de rol van neutrino's in de evolutie van het universum nauwkeurig weergeven.

Waarom zijn deze simulaties belangrijk? Een belangrijke reden is dat ze beperkingen kunnen stellen aan een momenteel onbekende hoeveelheid:de neutrinomassa. Als deze grootheid in de simulaties op een bepaalde waarde is ingesteld en de simulatieresultaten afwijken van de waarnemingen, die waarde kan worden uitgesloten. Echter, de beperkingen kunnen alleen worden vertrouwd als de simulaties nauwkeurig zijn, wat in het vorige werk niet gegarandeerd was. Het team achter dit laatste onderzoek was gericht op het aanpakken van deze beperking.

"Eerdere simulaties gebruikten bepaalde benaderingen die mogelijk niet geldig zijn, " zegt hoofdauteur van de studie Docent Kohji Yoshikawa. "In ons werk, we hebben deze benaderingen vermeden door een techniek te gebruiken die nauwkeurig de snelheidsverdelingsfunctie van de neutrino's weergeeft en de tijdsevolutie volgt."

Om dit te doen, het onderzoeksteam heeft direct een systeem van vergelijkingen opgelost dat bekend staat als de Vlasov-Poisson-vergelijkingen, die beschrijven hoe deeltjes in het universum bewegen. Vervolgens voerden ze simulaties uit voor verschillende waarden van de neutrinomassa en onderzochten ze systematisch de effecten van neutrino's op de grootschalige structuur van het heelal.

De simulatieresultaten laten zien, bijvoorbeeld, dat neutrino's de clustering van donkere materie - de 'ontbrekende' massa in het universum - en op hun beurt sterrenstelsels onderdrukken. Ze laten ook zien dat neutrino-rijke regio's sterk gecorreleerd zijn met massieve clusters van sterrenstelsels en dat de effectieve temperatuur van de neutrino's aanzienlijk varieert, afhankelijk van de neutrinomassa.

"Algemeen, onze bevindingen suggereren dat neutrino's de grootschalige structuurvorming aanzienlijk beïnvloeden, en dat onze simulaties een nauwkeurig beeld geven van het belangrijke effect van neutrino's, " legt docent Yoshikawa uit. "Het is ook geruststellend dat onze nieuwe resultaten consistent zijn met die van totaal verschillende simulatiebenaderingen."

Dit werk vormt een mijlpaal in het simuleren van het universum en maakt de weg vrij voor verdere verkenning van hoe neutrino's de vorming en groei van de grootschalige structuur beïnvloeden. Bijvoorbeeld, de nieuwe simulatieaanpak zou kunnen worden gebruikt om de dynamiek van neutrino's en onconventionele soorten donkere materie te bestuderen. uiteindelijk, het zou kunnen leiden tot een bepaling van de neutrinomassa.