设计出一种新方法来展示像幽灵一样的中微子如何帮助塑造宇宙

时间：2022-05-25 15:25:03 来源：

筑波大学领导的研究人员设计了一种新方法，以显示像鬼一样的中微子如何帮助塑造宇宙。

计算机模拟一直难以捕捉到被称为中微子的难以捉摸的粒子对宇宙大型结构的形成和生长的影响。但是现在，日本的一个研究小组已经开发出一种克服这一障碍的方法。

在最近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提出了一些模拟，这些模拟准确地描述了中微子在宇宙演化中的作用。

为什么这些模拟很重要？一个关键原因是，他们可以对当前未知的数量设置约束：中微子质量。如果在模拟中将此量设置为特定值，并且模拟结果与观察结果不同，则可以排除该值。但是，只有在模拟准确的情况下才可以信任约束，这在以前的工作中无法保证。最新研究背后的团队旨在解决这一局限性。

该研究的讲师吉川幸治（Kohji Yoshikawa）说：“较早的模拟使用了某些可能无效的近似值。”“在我们的工作中，我们通过采用一种精确表示中微子的速度分布函数并遵循其时间演变的技术来避免这些近似。”

为此，研究团队直接求解了一个称为Vlasov-Poisson方程的方程组，该方程组描述了粒子如何在宇宙中运动。然后，他们对中微子质量的不同值进行了模拟，并系统地检查了中微子对宇宙大规模结构的影响。

模拟结果证明，例如，中微子抑制了暗物质的聚集（即宇宙中“缺失”的质量），进而抑制了星系。他们还表明，富含中微子的区域与大规模星系团紧密相关，并且中微子的有效温度根据中微子的质量而有很大不同。

“总体而言，我们的发现表明中微子在很大程度上影响了大规模结构的形成，并且我们的模拟为中微子的重要作用提供了准确的解释，”吉川讲师解释说。“这也令人放心，我们的新结果与完全不同的仿真方法得出的结果是一致的。”

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型结构的形成和发展铺平了道路。例如，新的模拟方法可用于研究中微子和非常规类型暗物质的动力学。最终，它可能导致中微子质量的确定。

阅读“解决宇宙鬼魂粒子之谜”：中微子塑造宇宙的理论在本研究中得到了更多的验证。

参考：“具有遗留中微子结构形成的宇宙弗拉索夫-泊松模拟：非线性聚类和中微子质量”，吉川公治，田中聪，吉田直树和斋藤斋，2020年11月30日，《天体物理学杂志》。
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