Обнаружили ли мы темную энергию? Ученые говорят, что это возможно

Они построили физическую модель, чтобы помочь объяснить результаты, которые, возможно, возникли из-за частиц темной энергии, произведенных в области Солнца с сильными магнитными полями, хотя для подтверждения этого объяснения потребуются будущие эксперименты.

Все, что наши глаза могут видеть в небе и в нашем повседневном мире — от крошечных лун до массивных галактик, от муравьев до синих китов — составляет менее пяти процентов Вселенной. Остальное темно. Около 27% составляет темная материя — невидимая сила, удерживающая галактики и космическую паутину вместе, — а 68% — это темная энергия, которая заставляет Вселенную расширяться с ускоренной скоростью.

«Несмотря на то, что оба компонента невидимы, мы знаем гораздо больше о темной материи, поскольку ее существование предполагалось еще в 1920-х годах, а темная энергия не была открыта до 1998 года», — сказал доктор Санни Вагноцци из Кембриджского института космологии Кавли. первый автор статьи. «Крупномасштабные эксперименты, подобные XENON1T, были разработаны для непосредственного обнаружения темной материи путем поиска признаков того, что темная материя« поражает »обычную материю, но темная энергия еще более неуловима».

Чтобы обнаружить темную энергию, ученые обычно ищут гравитационные взаимодействия: то, как гравитация притягивает объекты. И в самых больших масштабах гравитационный эффект темной энергии является отталкивающим, отталкивая предметы друг от друга и ускоряя расширение Вселенной.

Около года назад эксперимент XENON1T сообщил о неожиданном сигнале или превышении ожидаемого фона. «Подобные эксцессы часто случаются по счастливой случайности, но иногда они также могут привести к фундаментальным открытиям», — сказал доктор Лука Визинелли, исследователь из национальных лабораторий Фраскати в Италии, соавтор исследования. «Мы исследовали модель, в которой этот сигнал может быть связан с темной энергией, а не с темной материей, для обнаружения которой изначально был разработан эксперимент».

В то время наиболее популярным объяснением этого избытка были аксионы — гипотетические чрезвычайно легкие частицы, производимые на Солнце. Однако это объяснение не выдерживает наблюдений, поскольку количество аксионов, которое потребовалось бы для объяснения сигнала XENON1T, резко изменило бы эволюцию звезд, намного более тяжелых, чем Солнце, в противоречие с тем, что мы наблюдаем.

Мы далеки от полного понимания того, что такое темная энергия, но большинство физических моделей темной энергии приведут к существованию так называемой пятой силы. Во Вселенной четыре фундаментальных силы, и все, что нельзя объяснить ни одной из этих сил, иногда называют результатом неизвестной пятой силы.

Однако мы знаем, что теория гравитации Эйнштейна очень хорошо работает в локальной вселенной. Следовательно, любая пятая сила, связанная с темной энергией, нежелательна и должна быть «скрыта» или «экранирована», когда дело доходит до малых масштабов, и может действовать только в самых больших масштабах, где теория гравитации Эйнштейна не может объяснить ускорение Вселенной. Чтобы скрыть пятую силу, многие модели темной энергии оснащены так называемыми механизмами экранирования, которые динамически скрывают пятую силу.

Вагноцци и его соавторы построили физическую модель, в которой использовался тип механизма экранирования, известный как экранирование хамелеонов, чтобы показать, что частицы темной энергии, образующиеся в сильных магнитных полях Солнца, могут объяснить избыток XENON1T.

«Наша экранировка хамелеонов останавливает производство частиц темной энергии в очень плотных объектах, избегая проблем, с которыми сталкиваются солнечные аксионы», — сказал Вагноцци. «Это также позволяет нам отделить то, что происходит в локальной очень плотной Вселенной, от того, что происходит в самых больших масштабах, где плотность чрезвычайно мала».

Исследователи использовали свою модель, чтобы показать, что произойдет в детекторе, если темная энергия будет производиться в определенной области Солнца, называемой тахоклином, где магнитные поля особенно сильны.

«Было действительно удивительно, что этот избыток в принципе мог быть вызван темной энергией, а не темной материей», — сказал Вагноцци. «Когда все складывается так, это действительно особенное».

Их расчеты показывают, что такие эксперименты, как XENON1T, которые предназначены для обнаружения темной материи, также могут быть использованы для обнаружения темной энергии. Однако первоначальное превышение еще требует убедительного подтверждения. «Сначала нам нужно знать, что это была не просто случайность», — сказал Визинелли. «Если бы XENON1T действительно что-то увидел, вы бы ожидали увидеть подобный избыток снова в будущих экспериментах, но на этот раз с гораздо более сильным сигналом».

Если избыток был результатом темной энергии, предстоящие обновления эксперимента XENON1T, а также эксперименты, преследующие аналогичные цели, такие как LUX-Zeplin и PandaX-xT, означают, что в течение следующего десятилетия можно будет напрямую обнаруживать темную энергию.