筑波大学 由筑波大学领导的研究人员设计了一种新的方法来展示类似幽灵的中微子是如何帮助塑造宇宙的
学分:筑波大学 计算机模拟一直在努力捕捉被称为中微子的难以捉摸的粒子对宇宙大规模结构的形成和发展的影响
但是现在，一个来自日本的研究小组已经开发出了一种克服这个障碍的方法
在本月发表在《天体物理学杂志》上的一项研究中，筑波大学领导的研究人员展示了精确描述中微子在宇宙演化中的作用的模拟
为什么这些模拟很重要？一个关键原因是，他们可以对一个目前未知的量设置约束:中微子质量
如果在模拟中将该量设置为特定值，并且模拟结果与观察结果不同，则可以排除该值
然而，只有当模拟准确时，约束条件才是可信的，这在以前的工作中是不能保证的
这项最新研究背后的团队旨在解决这一局限
“早期的模拟使用了某些可能不成立的近似值，”该研究的主要作者讲师吉川光治说
“在我们的工作中，我们通过使用一种技术来避免这些近似，这种技术能够精确地表示中微子的速度分布函数，并跟踪它的时间演化
" 为此，研究小组直接求解了一个被称为伏拉索夫-泊松方程的方程组，该方程组描述了粒子在宇宙中的运动
然后，他们对中微子质量的不同值进行了模拟，并系统地研究了中微子对宇宙大尺度结构的影响
宇宙大尺度结构中中微子(左)和暗物质(右)的密度分布
虽然中微子移动很快，看起来很分散，但暗物质分布构成了像丝状结构这样的宇宙网
学分:筑波大学 例如，模拟结果表明，中微子抑制了暗物质的聚集——宇宙中“缺失”的质量——进而抑制了星系的聚集
他们还表明，中微子丰富的区域与巨大的星系团密切相关，中微子的有效温度随中微子质量的不同而变化
“总的来说，我们的发现表明中微子对大规模结构的形成有很大影响，我们的模拟为中微子的重要作用提供了准确的解释，”讲师吉川解释道
“同样令人欣慰的是，我们的新结果与完全不同的模拟方法得出的结果是一致的
" 研究人员的弗拉索夫-泊松模拟(左)预测，与牛顿引力相互作用的传统N体粒子模拟(右)相比，中微子的密度分布更平滑，噪音更小
学分:筑波大学 这项工作是模拟宇宙的里程碑，为进一步探索中微子如何影响大规模结构的形成和发展铺平了道路
例如，新的模拟方法可以用来研究中微子和非常规暗物质的动力学
最终，它可能导致中微子质量的确定
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