Чи вже виявлено темну енергію? Вчені кажуть, що можливо

Деякі незрозумілі результати експерименту XENON1T могли бути спричинені темною енергією, а не темною матерією, для виявлення якої цей експеримент був розроблений.

Про це каже нове дослідження, проведене під керівництвом вчених з Кембридзького університету та опубліковане в журналі “Physical Review D”, повідомляють в Кембриджі.

Вони побудували фізичну модель для допомоги у поясненні результатів, які можливо, виникли від частинок темної енергії, вироблених у регіоні Сонця із сильними магнітними полями, хоча для підтвердження цього пояснення знадобляться майбутні експерименти. Дослідники кажуть, що їх вчення може стати важливим кроком до прямого виявлення темної енергії.

Все, що наші очі бачать на небі та у нашому повсякденному світі – від крихітних супутників до масивних галактик, від мурах до синіх китів – становить менш як п'ять відсотків Всесвіту. Решта – темнота. Близько 27% становить темна матерія – невидима сила, яка утримує галактики та космічну павутину разом, – тоді як 68% - це темна енергія, яка змушує Всесвіт розширюватися прискореними темпами.

"Попри те, що обидва компоненти невидимі, ми знаємо набагато більше про темну матерію, оскільки її існування було запропоновано ще в 1920-х роках, тоді як темна енергія була відкрита лише у 1998 році", - сказав доктор Санні Вагноцці з Кембридзького інституту космології Кавлі, перший автор роботи. "Масштабні експерименти, такі як XENON1T, були розроблені для безпосереднього виявлення темної матерії шляхом пошуку ознак темної матерії, що "вдаряє" у звичайну матерію, але темна енергія ще більш невловна".

Для виявлення темної енергії вчені зазвичай шукають гравітаційні взаємодії: те, як гравітація притягує об’єкти. А в найбільших масштабах гравітаційний ефект темної енергії є відштовхувальним, що відтягує речі один від одного та прискорює розширення Всесвіту.

Близько року тому експеримент XENON1T відрапортував про несподіваний сигнал або надлишок, перевищення очікуваного фону. "Такі види перевищення часто є випадковими, але час від часу вони також можуть призвести до фундаментальних відкриттів", - сказав доктор Лука Візінеллі, науковий співробітник Національних лабораторій Фраскаті в Італії, співавтор дослідження. "Ми дослідили модель, в якій цей сигнал можна віднести до темної енергії, а не до темної матерії, для виявлення якої експеримент початково був розроблений".

У той час найпопулярнішим поясненням надлишку були аксіони – гіпотетичні, надзвичайно легкі частинки – вироблені на Сонці. Однак це пояснення не відповідає спостереженням, оскільки кількість аксіонів, необхідних для пояснення сигналу XENON1T, різко змінило б еволюцію зірок, набагато важчих за Сонце, що суперечить нашим спостереженням.

Ми ще далеко не повністю розуміємо, що таке темна енергія, але більшість фізичних моделей темної енергії призвело б до існування так званої п'ятої сили. У Всесвіті існують чотири фундаментальні сили, і все, що не можна пояснити однією з цих сил, іноді називають результатом невідомої п’ятої сили.

Однак ми знаємо, що теорія гравітації Ейнштейна надзвичайно добре працює в локальному Всесвіті. Тому будь-яка п’ята сила, пов’язана з темною енергією, небажана і повинна бути "прихована" або "екранована", якщо мова йде про невеликі масштаби, і може діяти лише на найбільших масштабах, де теорія гравітації Ейнштейна не може пояснити прискорення Всесвіту. Щоб приховати п'яту силу, багато моделей темної енергії оснащені так званими механізмами екранування, які динамічно приховують п'яту силу.

Вагноцці та його співавтори побудували фізичну модель, яка використовувала тип механізму екранування, відомий як хамелеонівське екранування, щоб показати, що частинки темної енергії, які утворюються в сильних магнітних полях Сонця, можуть пояснити надлишок XENON1T.

"Наше хамелеонівське екранування відключає виробництво частинок темної енергії в дуже щільних об'єктах, уникаючи проблем, з якими стикаються сонячні аксіони", - сказав Вагноцці. "Воно також дозволяє нам відрізняти те, що відбувається в локальному дуже щільному Всесвіті, від того, що відбувається на найбільших масштабах, де щільність надзвичайно низька".

Дослідники використовували свою модель, щоб показати, що буде відбуватися в детекторі, якщо темна енергія буде вироблятися в певній області Сонця, званій тахокліном, де магнітні поля особливо сильні.

"Було дійсно дивно, що цей надлишок в принципі міг бути викликаний темною енергією, а не темною матерією", - сказав Вагноцці. "Коли все так складається, то це дійсно щось особливе".

Їхні розрахунки дозволяють припустити, що такі експерименти, як XENON1T, які призначені для виявлення темної матерії, також можна використовувати для виявлення темної енергії. Однак первісне перевищення ще потрібно переконливо підтвердити. "Спочатку нам потрібно знати, що це не просто випадковість", - сказав Візінеллі. "Якби XENON1T насправді щось побачив, ви б очікували знову побачити подібний надлишок у майбутніх експериментах, але цього разу з набагато сильнішим сигналом".

Якщо надлишок був результатом темної енергії, майбутні оновлення експерименту XENON1T, а також експерименти, які переслідують подібні цілі, такі як LUX-Zeplin та PandaX-xT, означають, що можна буде безпосередньо виявити темну енергію протягом наступного десятиліття.

Дослідження опубліковано в журналі Physical Review D під заголовком “Пряме виявлення темної енергії: надлишок у XENON1T та перспективи на майбутнє” й доступне онлайн.

XENON1T — третя фаза дослідницького проєкту XENON з вивчення темної матерії, який проводиться лабораторією Гран-Сассо в Італії у співробітництві з інститутами Європи, Ближнього Сходу та США. У дослідницькій лабораторії, розташованій глибоко під Апеннінськими горами, вчені намагаються зафіксувати частинки темної матерії у закритій камері, наповненій понад трьома тонами ксенону.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.