Een nieuwe studie, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en gerapporteerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling D , suggereert dat sommige onverklaarbare resultaten van het XENON1T-experiment in Italië mogelijk zijn veroorzaakt door donkere energie, en niet de donkere materie die het experiment moest detecteren.

Ze construeerden een fysiek model om de resultaten te helpen verklaren, die mogelijk afkomstig zijn van donkere energiedeeltjes die zijn geproduceerd in een gebied van de zon met sterke magnetische velden, hoewel toekomstige experimenten nodig zullen zijn om deze verklaring te bevestigen. De onderzoekers zeggen dat hun onderzoek een belangrijke stap kan zijn in de richting van de directe detectie van donkere energie.

Alles wat onze ogen kunnen zien in de lucht en in onze dagelijkse wereld - van kleine manen tot enorme sterrenstelsels, van mieren tot blauwe vinvissen - maakt minder dan vijf procent van het universum uit. De rest is donker. Ongeveer 27% is donkere materie - de onzichtbare kracht die sterrenstelsels en het kosmische web bij elkaar houdt - terwijl 68% donkere energie is, waardoor het heelal in een versneld tempo uitdijt.

"Ondanks dat beide componenten onzichtbaar zijn, we weten veel meer over donkere materie, sinds het bestaan ​​ervan al in de jaren twintig werd gesuggereerd, terwijl donkere energie pas in 1998 werd ontdekt, " zei Dr. Sunny Vagnozzi van Cambridge's Kavli Institute for Cosmology, de eerste auteur van de krant. "Grootschalige experimenten zoals XENON1T zijn ontworpen om donkere materie rechtstreeks te detecteren, door te zoeken naar tekenen van donkere materie die gewone materie 'raakt', maar donkere energie is nog ongrijpbaarder."

Om donkere energie te detecteren, wetenschappers zoeken over het algemeen naar zwaartekrachtinteracties:de manier waarop zwaartekracht objecten rondtrekt. En op de grootste schaal, het zwaartekrachteffect van donkere energie is weerzinwekkend, dingen van elkaar wegtrekken en de uitdijing van het heelal versnellen.

Ongeveer een jaar geleden, het XENON1T-experiment rapporteerde een onverwacht signaal, of overmaat, over de verwachte achtergrond. "Dit soort excessen zijn vaak toevalstreffers, maar af en toe kunnen ze ook leiden tot fundamentele ontdekkingen, " zei Dr. Luca Visinelli, een onderzoeker bij Frascati National Laboratories in Italië, een co-auteur van de studie. "We hebben een model onderzocht waarin dit signaal kan worden toegeschreven aan donkere energie, in plaats van de donkere materie waarvoor het experiment oorspronkelijk was ontworpen om te detecteren."

Destijds, de meest populaire verklaring voor de overmaat waren axions - hypothetisch, extreem lichte deeltjes geproduceerd in de zon. Echter, deze verklaring is niet bestand tegen observaties, aangezien de hoeveelheid axionen die nodig zou zijn om het XENON1T-signaal te verklaren de evolutie van sterren die veel zwaarder zijn dan de zon drastisch zou veranderen, in strijd met wat we waarnemen.

We begrijpen nog lang niet helemaal wat donkere energie is, maar de meeste fysieke modellen voor donkere energie zouden leiden tot het bestaan ​​van een zogenaamde vijfde kracht. Er zijn vier fundamentele krachten in het universum, en alles wat niet door een van deze krachten kan worden verklaard, wordt soms het resultaat van een onbekende vijfde kracht genoemd.

Echter, we weten dat de zwaartekrachttheorie van Einstein buitengewoon goed werkt in het plaatselijk universum. Daarom, elke vijfde kracht geassocieerd met donkere energie is ongewenst en moet worden 'verborgen' of 'afgeschermd' als het gaat om kleine schalen, en kan alleen werken op de grootste schalen waar de zwaartekrachttheorie van Einstein de versnelling van het heelal niet kan verklaren. Om de vijfde kracht te verbergen, veel modellen voor donkere energie zijn uitgerust met zogenaamde afschermingsmechanismen, die de vijfde kracht dynamisch verbergen.

Vagnozzi en zijn co-auteurs construeerden een fysiek model, die een soort screeningmechanisme gebruikte dat bekend staat als kameleonscreening, om aan te tonen dat donkere energiedeeltjes geproduceerd in de sterke magnetische velden van de zon het XENON1T-overschot zouden kunnen verklaren.

"Onze kameleonscreening stopt de productie van donkere energiedeeltjes in zeer dichte objecten, het vermijden van de problemen van zonne-axionen, "zei Vagnozzi. "Het stelt ons ook in staat om los te koppelen wat er in het lokale zeer dichte heelal gebeurt van wat er op de grootste schalen gebeurt, waar de dichtheid extreem laag is."

De onderzoekers gebruikten hun model om te laten zien wat er in de detector zou gebeuren als de donkere energie in een bepaald gebied van de zon zou worden geproduceerd, de tachocline genoemd, waar de magnetische velden bijzonder sterk zijn.

"Het was echt verrassend dat deze overmaat in principe veroorzaakt kon zijn door donkere energie in plaats van donkere materie, " zei Vagnozzi. "Als dingen zo in elkaar klikken, het is echt speciaal."

Hun berekeningen suggereren dat experimenten zoals XENON1T, die zijn ontworpen om donkere materie te detecteren, kan ook worden gebruikt om donkere energie te detecteren. Echter, het oorspronkelijke eigen risico moet nog overtuigend worden bevestigd. "We moeten eerst weten dat dit niet zomaar een toevalstreffer was, " zei Visinelli. "Als XENON1T echt iets zag, je zou bij toekomstige experimenten weer een vergelijkbare overmaat verwachten, maar deze keer met een veel sterker signaal."

Als de overmaat het resultaat was van donkere energie, aanstaande upgrades van het XENON1T-experiment, evenals experimenten die vergelijkbare doelen nastreven, zoals LUX-Zeplin en PandaX-xT, betekent dat het mogelijk zou kunnen zijn om donkere energie binnen het volgende decennium direct te detecteren.