El próximo paso en la simulación del universo

Las simulaciones por ordenador han tenido problemas a la hora de capturar el impacto de las esquivas 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 en la revista The Astrophysical Journal, los investigadores dirigidos por la Universidad de Tsukuba han presentado 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 establecer restricciones a una cantidad actualmente desconocida: la masa de los neutrinos. Si esta cantidad se fija en un valor determinado en las simulaciones y los resultados de la simulación difieren de las observaciones, ese valor puede ser descartado. Sin embargo, solo se puede confiar en las restricciones si las simulaciones son exactas, lo que no se garantizó en trabajos anteriores. El equipo que está detrás de esta última investigación se propuso abordar esta limitación.

"En las simulaciones anteriores se utilizaron ciertas aproximaciones que podrían no ser válidas", dijo 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 la velocidad de los neutrinos y sigue su evolución temporal".

(Foto: University of Tsukuba)

Para ello, el equipo de investigación resolvió directamente un sistema de ecuaciones conocido como las ecuaciones de Vlasov-Poisson, que describen cómo se mueven las partículas en el Universo. Luego realizaron simulaciones para diferentes valores de la masa del neutrino 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 afectan a la agrupación de la materia oscura - la masa "perdida" en el Universo - y a su vez de las galaxias. También muestran que las regiones ricas en neutrinos están fuertemente correlacionadas con cúmulos masivos de galaxias y que la temperatura efectiva de los neutrinos varía sustancialmente dependiendo de la masa de los mismos.

"En general, nuestros hallazgos sugieren que los neutrinos afectan considerablemente a la formación de estructuras a gran escala, y que nuestras simulaciones proporcionan un cálculo exacto del importante efecto de los neutrinos", explica el profesor Yoshikawa. "También es tranquilizador que nuestros nuevos resultados sean consistentes con aquellos de métodos de simulación completamente diferentes". (Fuente: NCYT Amazings)