Har vi opdaget mørk energi? Forskere siger, at det er en mulighed

En ny undersøgelse, ledet af forskere ved University of Cambridge og rapporteret i tidsskriftet Fysisk gennemgang D , tyder på, at nogle uforklarlige resultater fra XENON1T-eksperimentet i Italien kan være forårsaget af mørk energi, og ikke det mørke stof, eksperimentet var designet til at opdage.

De konstruerede en fysisk model for at hjælpe med at forklare resultaterne, som kan stamme fra mørke energipartikler produceret i et område af Solen med stærke magnetfelter, selvom fremtidige eksperimenter vil være nødvendige for at bekræfte denne forklaring. Forskerne siger, at deres undersøgelse kan være et vigtigt skridt mod direkte påvisning af mørk energi.

Alt hvad vores øjne kan se på himlen og i vores hverdag - fra små måner til massive galakser, fra myrer til blåhvaler - udgør mindre end fem procent af universet. Resten er mørkt. Omkring 27 % er mørkt stof – den usynlige kraft, der holder galakser og det kosmiske væv sammen – mens 68 % er mørk energi, som får universet til at udvide sig med en accelereret hastighed.

"På trods af at begge komponenter er usynlige, vi ved meget mere om mørkt stof, siden dets eksistens blev foreslået så tidligt som i 1920'erne, mens mørk energi først blev opdaget i 1998, " sagde Dr. Sunny Vagnozzi fra Cambridges Kavli Institut for Kosmologi, avisens første forfatter. "Storskalaforsøg som XENON1T er designet til direkte at detektere mørkt stof, ved at søge efter tegn på mørkt stof, der 'slår' almindeligt stof, men mørk energi er endnu mere undvigende."

For at opdage mørk energi, videnskabsmænd leder generelt efter tyngdekraftsinteraktioner:den måde tyngdekraften trækker objekter rundt på. Og på de største skalaer, gravitationseffekten af ​​mørk energi er frastødende, trækker ting væk fra hinanden og får universets udvidelse til at accelerere.

For omkring et år siden, XENON1T-eksperimentet rapporterede et uventet signal, eller overskud, over den forventede baggrund. "Denne slags udskejelser er ofte lykketræf, men en gang imellem kan de også føre til fundamentale opdagelser, "sagde Dr. Luca Visinelli, en forsker ved Frascati National Laboratories i Italien, medforfatter til undersøgelsen. "Vi udforskede en model, hvor dette signal kunne tilskrives mørk energi, snarere end det mørke stof, som eksperimentet oprindeligt blev udtænkt for at opdage."

På det tidspunkt, den mest populære forklaring på overskuddet var axioner - hypotetiske, ekstremt lette partikler - produceret i Solen. Imidlertid, denne forklaring holder ikke til observationer, da mængden af ​​aksioner, der ville være nødvendige for at forklare XENON1T-signalet, drastisk ville ændre udviklingen af ​​stjerner, der er meget tungere end Solen, i modstrid med det, vi observerer.

Vi er langt fra fuldt ud at forstå, hvad mørk energi er, men de fleste fysiske modeller for mørk energi ville føre til eksistensen af ​​en såkaldt femte kraft. Der er fire grundlæggende kræfter i universet, og alt, der ikke kan forklares af en af ​​disse kræfter, omtales nogle gange som resultatet af en ukendt femte kraft.

Imidlertid, vi ved, at Einsteins teori om tyngdekraft fungerer særdeles godt i lokaluniverset. Derfor, enhver femte kraft forbundet med mørk energi er uønsket og skal 'skjules' eller 'screenes', når det kommer til små skalaer, og kan kun operere på de største skalaer, hvor Einsteins tyngdekraftsteori ikke forklarer universets acceleration. For at skjule den femte kraft, mange modeller for mørk energi er udstyret med såkaldte screeningsmekanismer, som dynamisk skjuler den femte kraft.

Vagnozzi og hans medforfattere konstruerede en fysisk model, som brugte en type screeningsmekanisme kendt som kamæleonscreening, at vise, at mørke energipartikler produceret i Solens stærke magnetfelter kunne forklare XENON1T-overskuddet.

"Vores kamæleonscreening lukker ned for produktionen af ​​mørke energipartikler i meget tætte genstande, undgå de problemer, som solakser står over for, "sagde Vagnozzi." Det giver os også mulighed for at afkoble det, der sker i det lokale meget tætte univers, fra det, der sker på de største skalaer, hvor tætheden er ekstremt lav."

Forskerne brugte deres model til at vise, hvad der ville ske i detektoren, hvis den mørke energi blev produceret i et bestemt område af Solen, kaldet tachoklinen, hvor magnetfelterne er særligt stærke.

"Det var virkelig overraskende, at dette overskud i princippet kunne være forårsaget af mørk energi snarere end mørkt stof, " sagde Vagnozzi. "Når tingene hænger sådan sammen, det er virkelig specielt."

Deres beregninger tyder på, at eksperimenter som XENON1T, som er designet til at detektere mørkt stof, kan også bruges til at detektere mørk energi. Imidlertid, det oprindelige overskud mangler stadig at blive bekræftet på overbevisende måde. "Vi skal først vide, at dette ikke blot var et lykketræf, " sagde Visinelli. "Hvis XENON1T faktisk så noget, du ville forvente at se et lignende overskud igen i fremtidige eksperimenter, men denne gang med et meget stærkere signal. "

Hvis overskuddet var resultatet af mørk energi, kommende opgraderinger til XENON1T-eksperimentet, samt eksperimenter, der forfølger lignende mål, såsom LUX-Zeplin og PandaX-xT, betyde, at det kunne være muligt direkte at detektere mørk energi inden for det næste årti.