Pesquisadores liderados pela Universidade de Tsukuba elaboram uma nova abordagem para mostrar como os neutrinos semelhantes a fantasmas ajudaram a moldar o universo. Crédito:Universidade de Tsukuba
Simulações de computador têm lutado para capturar o impacto de partículas elusivas chamadas neutrinos na formação e no crescimento da estrutura em grande escala do universo. Mas agora, uma equipe de pesquisa do Japão desenvolveu um método que supera esse obstáculo.
Em um estudo publicado este mês no Astrophysical Journal , pesquisadores liderados pela Universidade de Tsukuba apresentam simulações que descrevem com precisão o papel dos neutrinos na evolução do universo.
Por que essas simulações são importantes? Um dos principais motivos é que eles podem definir restrições em uma quantidade atualmente desconhecida:a massa do neutrino. Se esta quantidade for definida para um determinado valor nas simulações e os resultados da simulação forem diferentes das observações, esse valor pode ser descartado. Contudo, as restrições podem ser confiáveis apenas se as simulações forem precisas, o que não foi garantido em trabalhos anteriores. A equipe por trás desta última pesquisa teve como objetivo resolver essa limitação.
"As simulações anteriores usaram certas aproximações que podem não ser válidas, "diz o autor principal do estudo Palestrante Kohji Yoshikawa." Em nosso trabalho, evitamos essas aproximações empregando uma técnica que representa com precisão a função de distribuição de velocidade dos neutrinos e segue sua evolução no tempo. "
Para fazer isso, a equipe de pesquisa resolveu diretamente um sistema de equações conhecido como equações de Vlasov-Poisson, que descreve como as partículas se movem no universo. Eles então realizaram simulações para diferentes valores da massa do neutrino e examinaram sistematicamente os efeitos dos neutrinos na estrutura em larga escala do universo.
Distribuição de densidade de neutrinos (esquerda) e matéria escura (direita) na estrutura cósmica de grande escala. Enquanto os neutrinos se movem rapidamente e parecem difusos, a distribuição da matéria escura compõe teias cósmicas como a estrutura filamentar. Crédito:Universidade de Tsukuba
Os resultados da simulação demonstram, por exemplo, que os neutrinos suprimem o agrupamento de matéria escura - a massa "ausente" no universo - e, por sua vez, as galáxias. Eles também mostram que as regiões ricas em neutrinos estão fortemente correlacionadas com aglomerados de galáxias massivas e que a temperatura efetiva dos neutrinos varia substancialmente dependendo da massa do neutrino.
"Geral, nossos resultados sugerem que os neutrinos afetam consideravelmente a formação da estrutura em grande escala, e que nossas simulações fornecem uma explicação precisa para o importante efeito dos neutrinos, "explica o palestrante Yoshikawa." Também é reconfortante que nossos novos resultados sejam consistentes com aqueles de abordagens de simulação totalmente diferentes. "
A simulação de Vlasov-Poisson dos pesquisadores (à esquerda) prevê uma distribuição de densidade de neutrinos mais suave e menos ruidosa em comparação com uma simulação de partícula de corpo N tradicional da interação gravitacional newtoniana (à direita). Crédito:Universidade de Tsukuba
Este trabalho representa um marco na simulação do universo e abre caminho para uma maior exploração de como os neutrinos influenciam a formação e o crescimento da estrutura em grande escala. Por exemplo, a nova abordagem de simulação pode ser usada para estudar a dinâmica de neutrinos e tipos não convencionais de matéria escura. Em última análise, pode levar à determinação da massa do neutrino.
