Potwierdzono wpływ neutrin na powstawanie i rozszerzanie się Wszechświata. Może to stanowić przełom w jego symulowaniu [DEPESZA]

0
279

Neutrina rzadko reagują z normalną materią. Dlatego uznawane są za najlepsze przekaźniki zjawisk zachodzących daleko poza naszą galaktyką. Są jednak przy tym stosunkowo mało poznane. Dotychczasowe symulacje komputerowe miały trudności z uchwyceniem wpływu neutrin na powstawanie i wzrost struktury Wszechświata. Badacze z Japonii przedstawili symulacje, które dokładnie obrazują rolę neutrin, przedstawiają funkcję rozkładu ich prędkości i śledzą jej ewolucję w czasie.

Neutrina rzadko reagują z normalną materią, co czyni je świetnymi przekaźnikami zjawisk zachodzących daleko poza naszą galaktyką. Kosmiczne neutrina są generowane przez promienie kosmiczne w źródłach pozagalaktycznych. Przenoszą przy tym ogromne ilości energii. Wskazują na intensywne wydarzenia w kosmosie, takie jak czarne dziury, pulsary, pozostałości supernowych czy aktywne jądra galaktyczne.

Najbardziej energetycznymi neutrinami, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, były kosmiczne neutrina przechwycone przez teleskop IceCube – miały energię petaelektronowoltów, czyli tysiąca bilionów elektronowoltów. To olbrzymia ilość energii. Dla porównania typowe neutrino atmosferyczne ma około 1 do 10 bln elektronowoltów. Wielki Zderzacz Hadronów, najpotężniejszy akcelerator cząstek na świecie, rozbija cząstki ze sobą przy ok. 13 bln elektronowoltów.

Choć rola neutrin w procesie powstawania Wszechświata może być ogromna, wiadomo o nich stosunkowo niewiele. Dotychczasowe symulacje komputerowe miały trudności z uchwyceniem ich wpływu na powstawanie i wzrost struktury Wszechświata. Zespół badaczy z Japonii opracował właśnie metodę, która pokonuje tę przeszkodę.

– Wcześniejsze symulacje dotyczące neutrin opierały się na pewnych przybliżeniach, które mogły nie być dokładne – mówi Kohji Yoshikawa, wykładowca na Uniwersytecie Tsukuby. – W naszej pracy uniknęliśmy tych przybliżeń, stosując technikę, która dokładnie przedstawia funkcję rozkładu prędkości neutrin i śledzi jej ewolucję w czasie.

Symulacje są o tyle istotne, że mogą nałożyć ograniczenia na obecnie nieznaną masę neutrin. Jeśli ta wielkość jest ustawiona na określoną wartość, a wyniki symulacji różnią się od obserwacji, można wykluczyć tę wartość. Takim ograniczeniom można ufać jednak tylko wtedy, gdy symulacje są dokładne. Japoński zespół naukowców z Uniwersytetu w Tsukubie rozwiązał układ równań Własowa–Poissona, które opisują sposób poruszania się cząstek we Wszechświecie. Następnie przeprowadził symulacje dla różnych wartości masy neutrin i systematycznie badał ich wpływ na strukturę Wszechświata.

  Podziemne zmiany klimatu wpływają na kondycję budynków. Skutkować to może koniecznością przeprowadzenia kosztownych inwestycji

Wyniki symulacji pokazały, że neutrina tłumią skupianie się ciemnej materii. Udowadniają też, że obszary bogate w nie są silnie skorelowane z masywnymi gromadami galaktyk, a efektywna temperatura neutrin znacznie się różni w zależności od masy.

– Nasze odkrycia sugerują, że neutrina w znacznym stopniu wpływają na formowanie się wielkoskalowych struktur, a nasze symulacje dostarczają dokładnych informacji o ich istotnym wpływie na kształtowanie się Wszechświata – przekonuje Kohji Yoshikawa. – Nasze nowe wyniki są spójne z wynikami uzyskanymi w przypadku zupełnie innych podejść do symulacji, co zwiększa ich wiarygodność.

Zdaniem naukowców opracowanie japońskiego zespołu może stanowić przełom w symulowaniu Wszechświata. Może też rozpocząć erę kolejnych badań nad wpływem neutrin na tworzenie innych wielkoskalowych struktur. Nowe symulacje można byłoby wykorzystać do badania dynamiki neutrin i niekonwencjonalnych typów ciemnej materii.

Źródło: https://innowacje.newseria.pl/news/potwierdzono-wplyw,p1228137664