Выявлена ли уже темная энергия? Ученые говорят, что возможно

Некоторые непонятные результаты эксперимента XENON1T могли быть вызваны темной энергией, а не темной материей, для выявления которой этот эксперимент был разработан.

Об этом говорит новое исследование, проведенное под руководством ученых из Кембриджского университета и опубликованного в журнале "Physical Review D", сообщают в Кембридже.

Они построили физическую модель для помощи в объяснении результатов, которые возможно, возникли от частиц темной энергии, производимых в регионе Солнца с сильными магнитными полями, хотя для подтверждения этого объяснения понадобятся будущие эксперименты. Исследователи говорят, что их учение может стать важным шагом к прямому обнаружению темной энергии.

Все, что наши глаза видят на небе и в нашем повседневном мире — от крошечных лун до массивных галактик, от муравьев до синих китов — составляет менее пяти процентов Вселенной. Остальные — темнота. Около 27% составляет темная материя — невидимая сила, удерживаемая галактики и космическую паутину вместе, — тогда как 68% - это темная энергия, которая заставляет Вселенную расширяться ускоренными темпами.

"Несмотря на то, что оба компонента невидимые, мы знаем гораздо больше о темной материи, поскольку ее существование было предложено еще в 1920-х годах, тогда как темная энергия была открыта лишь в 1998 году", - сказал доктор Санни Вагноцци из Кембриджского института космологии Кавли, первый автор работы. "Масштабные эксперименты, такие как XENON1T, были разработаны для непосредственного выявления темной материи путем поиска признаков темной материи, "ударяющей" в обычную материю, но темная энергия еще более неуловимая".

Для выявления темной энергии ученые обычно ищут гравитационные взаимодействия: то, как гравитация притягивает объекты. А в наибольших масштабах гравитационный эффект темной энергии является отталкивающим, который оттягивает вещи друг от друга и ускоряет расширение Вселенной.

Около года назад эксперимент XENON1T отрапортовал о неожиданном сигнале или избытке, превышении ожидаемого фона. "Такие виды превышения часто являются случайными, но время от времени они также могут привести к фундаментальным открытиям", - сказал доктор Лука Визинелли, научный сотрудник Национальных лабораторий Фраскати в Италии, соавтор исследования. "Мы исследовали модель, где этот сигнал можно отнести к темной энергии, а не к темной материи, для выявления которой эксперимент изначально был разработан".

В то время самым популярным объяснением избытка были аксионы — гипотетические, очень легкие частицы — произведенные на Солнце. Однако это объяснение не соответствует наблюдениям, поскольку количество аксионов, необходимых для объяснения сигнала XENON1T, резко изменило бы эволюцию звезд намного тяжелее Солнце, что противоречит нашим наблюдением.

Мы еще далеко не полностью понимаем, что такое темная энергия, но большинство физических моделей темной энергии привело бы к существованию так называемой пятой силы. Во Вселенной существуют четыре фундаментальные силы, и все, что нельзя объяснить одной из этих сил, иногда называют результатом неизвестной пятой силы.

Однако мы знаем, что теория гравитации Эйнштейна очень хорошо работает в локальной Вселенной. Поэтому любая пятая сила, связанная с темной энергией, нежелательна и должна быть "скрытая" или "экранирована", если речь идет о небольших масштабах, и может действовать на крупнейших масштабах, где теория гравитации Эйнштейна не может объяснить ускорение Вселенной. Чтобы скрыть пятую силу, многие модели темной энергии оснащены так называемыми механизмами экранирование, динамично скрывающими пятую силу.

Новости по подобной теме:

Источником темной энергии могут быть черные дыры

Вагноцци и его соавторы построили физическую модель, использовавшую тип механизма экранирования, известный как хамелеонское экранирование, чтобы показать, что частицы темной энергии, которые образуются в сильных магнитных полях Солнца, могут объяснить избыток XENON1T.

"Наше хамелеонское экранирование отключает производство частиц темной энергии в очень плотных объектах, избегая проблем, с которыми сталкиваются солнечные аксионы", - сказал Вагноцци. "Оно также позволяет нам отличать то, что происходит в локальной очень плотной Вселенной, от того, что происходит на наибольших масштабах, где плотность очень мала".

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

"Было действительно странно, что этот избыток в принципе мог быть вызван темной энергией, а не темной материей", - сказал Вагноцци. "Когда все так складывается, то это действительно нечто особенное".

Их расчеты позволяют предположить, что такие эксперименты, как XENON1T, которые предназначены для обнаружения темной материи, можно использовать для выявления темной энергии. Однако первоначальное превышение еще нужно убедительно подтвердить. "Сначала нам нужно знать, что это не просто случайность", - сказал Визинелли. "Если бы XENON1T на самом деле что-то увидел, вы бы ожидали снова увидеть подобный избыток в будущих экспериментах, но на этот раз с гораздо более сильным сигналом".

Если избыток был результатом темной энергии, будущие обновления эксперимента XENON1T, а также эксперименты, которые преследуют подобные цели, такие как LUX-Zeplin и PandaX-xT, означают, что можно будет непосредственно выявить темную энергию в течение следующего десятилетия.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review D под заголовком "Прямое обнаружение темной энергии: избыток в XENON1T и перспективы на будущее" и доступно онлайн.

XENON1T — третья фаза исследовательского проекта XENON по изучению темной материи, который проводится лабораторией Гран-Сассо в Италии в сотрудничестве с институтами Европы, Ближнего Востока и США. В исследовательской лаборатории, расположенной глубоко под Апеннинскими горами, ученые пытаются зафиксировать частицы темной материи в закрытой камере, наполненной более чем тремя тонами ксенона.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Темная энергия