En ny studie, ledd av forskare vid University of Cambridge och rapporterade i tidningen Fysisk granskning D , föreslår att vissa oförklarliga resultat från XENON1T -experimentet i Italien kan ha orsakats av mörk energi, och inte den mörka materia som experimentet var avsett att upptäcka.

De konstruerade en fysisk modell för att förklara resultaten, som kan ha sitt ursprung från mörka energipartiklar som produceras i ett område av solen med starka magnetfält, även om framtida experiment kommer att krävas för att bekräfta denna förklaring. Forskarna säger att deras studie kan vara ett viktigt steg mot direkt upptäckt av mörk energi.

Allt våra ögon kan se på himlen och i vår vardag - från små månar till massiva galaxer, från myror till blåvalar - utgör mindre än fem procent av universum. Resten är mörk. Cirka 27% är mörk materia - den osynliga kraften som håller ihop galaxer och den kosmiska banan - medan 68% är mörk energi, vilket får universum att expandera i en accelererad takt.

"Trots att båda komponenterna är osynliga, vi vet mycket mer om mörk materia, eftersom dess existens föreslogs redan på 1920 -talet, medan mörk energi inte upptäcktes förrän 1998, "sa Dr Sunny Vagnozzi från Cambridge's Kavli Institute for Cosmology, tidningens första författare. "Storskaliga experiment som XENON1T har utformats för att direkt upptäcka mörk materia, genom att söka efter tecken på mörk materia som "träffar" vanlig materia, men mörk energi är ännu mer svårfångad. "

För att upptäcka mörk energi, forskare letar i allmänhet efter gravitationella interaktioner:hur gravitationen drar föremål runt. Och på de största skalorna, gravitationseffekten av mörk energi är frånstötande, att dra saker från varandra och få universums expansion att accelerera.

För ungefär ett år sedan, XENON1T -experimentet rapporterade en oväntad signal, eller överskott, över den förväntade bakgrunden. "Den här typen av överdrifter är ofta fel, men då och då kan de också leda till grundläggande upptäckter, "sa Dr Luca Visinelli, en forskare vid Frascati National Laboratories i Italien, medförfattare till studien. "Vi undersökte en modell där denna signal kan hänföras till mörk energi, snarare än den mörka materien som experimentet ursprungligen var tänkt att upptäcka. "

Just då, den mest populära förklaringen till överskottet var axioner - hypotetiska, extremt lätta partiklar - producerade i solen. Dock, denna förklaring står inte emot observationer, eftersom mängden axioner som skulle krävas för att förklara XENON1T -signalen drastiskt skulle förändra utvecklingen av stjärnor mycket tyngre än solen, i konflikt med det vi observerar.

Vi förstår långt ifrån vad mörk energi är, men de flesta fysiska modeller för mörk energi skulle leda till att det finns en så kallad femte kraft. Det finns fyra grundläggande krafter i universum, och allt som inte kan förklaras av en av dessa krafter kallas ibland för resultatet av en okänd femte kraft.

Dock, vi vet att Einsteins gravitationsteori fungerar extremt bra i lokaluniversumet. Därför, varje femte kraft som är associerad med mörk energi är oönskad och måste "döljas" eller "skärmas" när det gäller små skalor, och kan bara fungera på de största skalorna där Einsteins gravitationsteori inte förklarar universums acceleration. För att dölja den femte kraften, många modeller för mörk energi är utrustade med så kallade screeningmekanismer, som dynamiskt döljer den femte kraften.

Vagnozzi och hans medförfattare konstruerade en fysisk modell, som använde en typ av screeningmekanism som kallas kameleont screening, för att visa att mörka energipartiklar som produceras i solens starka magnetfält kan förklara XENON1T -överskottet.

"Vår kameleont screening stänger produktionen av mörka energipartiklar i mycket täta föremål, undvika de problem som solaxioner står inför, "sa Vagnozzi." Det tillåter oss också att koppla bort det som händer i det lokala mycket täta universum från det som händer på de största skalorna, där densiteten är extremt låg. "

Forskarna använde sin modell för att visa vad som skulle hända i detektorn om den mörka energin producerades i ett visst område av solen, kallas takoklin, där magnetfälten är särskilt starka.

"Det var verkligen förvånande att detta överskott i princip kunde ha orsakats av mörk energi snarare än mörk materia, "sa Vagnozzi." När saker och ting klickar ihop så, det är verkligen speciellt. "

Deras beräkningar tyder på att experiment som XENON1T, som är utformade för att upptäcka mörk materia, kan också användas för att upptäcka mörk energi. Dock, det ursprungliga överskottet måste fortfarande bekräftas på ett övertygande sätt. "Vi måste först veta att det här inte bara var en lycka, "sa Visinelli." Om XENON1T faktiskt såg något, du förväntar dig att se ett liknande överskott igen i framtida experiment, men den här gången med en mycket starkare signal. "

Om överskottet var resultatet av mörk energi, kommande uppgraderingar till XENON1T -experimentet, liksom experiment som strävar efter liknande mål som LUX-Zeplin och PandaX-xT, betyder att det kan vara möjligt att direkt upptäcka mörk energi inom det närmaste decenniet.