21 سپتامبر 2021 – انرژی تاریک، نیروی مرموز که باعث شتاب جهان می‌شود، ممکن است مسئول نتایج غیرمنتظره آزمایش XENON1T، در اعماق کوه‌های آپنین ایتالیا باشد.
یک مطالعه جدید، که توسط محققان دانشگاه کمبریج انجام شده و در مجله Physical Review گزارش شده است، نشان می‌دهد که برخی از نتایج غیرقابل توضیح از آزمایش XENON1T در ایتالیا ممکن است ناشی از انرژی تاریک باشد و نه ماده تاریکی که آزمایش برای آن طراحی شده بود.
آن‌ها یک مدل فیزیکی برای کمک به توضیح نتایج، که ممکن است از ذرات انرژی تاریک تولید شده در ناحیه‌ای از خورشید با میدان‌های مغناطیسی قوی سرچشمه گرفته باشند، ساختند، اگرچه آزمایش‌های بعدی برای تأیید این توضیحات لازم است. محققان می‌گویند مطالعه آن‌ها می‌تواند گامی مهم در جهت تشخیص مستقیم انرژی تاریک باشد.
هر آن‌چه چشم ما می‌تواند در آسمان و در دنیای روزمره ما ببیند – از قمرهای کوچک گرفته تا کهکشان‌های عظیم، از مورچه‌ها تا نهنگ‌های آبی – کمتر از پنج درصد جهان را تشکیل می‌دهد. بقیه تاریک است. حدود 27٪ ماده تاریک است – نیروی نامرئی کهکشان‌ها و شبکه کیهانی را در کنار هم نگه می‌دارد – در حالی که 68٪ انرژی تاریک است که باعث می‌شود جهان با سرعت بیشتری منبسط شود.
دکتر سانی واگنوزی از موسسه کیهان شناسی کمبریج کاولی می‌گوید: «با وجود اینکه هر دو جزء نامرئی هستند، ما اطلاعات بیشتری در مورد ماده تاریک داریم، زیرا وجود آن در دهه 1920 پیشنهاد شد، در حالی که انرژی تاریک تا سال 1998 کشف نشد. آزمایشات گسترده‌ای مانند XENON1T برای تشخیص مستقیم ماده تاریک، با جستجوی نشانه‌هایی از برخورد ماده تاریک با ماده معمولی، طراحی شده است، اما انرژی تاریک حتی مبهم‌تر است.»
برای تشخیص انرژی تاریک، دانشمندان عموماً به دنبال فعل و انفعالات گرانشی هستند: راهی که گرانش اجسام را به اطراف می‌کشاند. و در بزرگترین مقیاس‌ها، اثر گرانشی انرژی تاریک دافعه است، چیزها را از یکدیگر دور می‌کند و انبساط جهان را سرعت می‌بخشد.
حدود یک سال پیش، آزمایش XENON1T یک سیگنال غیر منتظره یا بیش از حد را در پس زمینه مورد انتظار گزارش کرد. دکتر لوکا ویسینلی، از آزمایشگاه‌های ملی فراسکاتی در ایتالیا، می‌گوید: «این نوع افراط و تفریط‌ها اغلب تقلبی هستند، اما گاهی اوقات می‌توانند منجر به کشفیات اساسی شوند. ما مدلی را بررسی کردیم که در آن این سیگنال می‌تواند به انرژی تاریک نسبت داده شود، نه ماده تاریکی که آزمایش در ابتدا برای کشف آن طراحی شده بود.»
در آن زمان، متداول‌ترین توضیح برای مقدار اضافی، اکسیون‌ها – ذرات فرضی و بسیار سبک – تولید شده در خورشید بود. با این حال، این توضیحات در برابر مشاهدات قابل قبول نیست، زیرا مقدار محورهایی که برای توضیح سیگنال XENON1T مورد نیاز است، می‌تواند سیر تکاملی ستارگان بسیار سنگین‌تر از خورشید را به شدت تغییر دهد، در تضاد با آن‌چه ما مشاهده می‌کنیم.
ما هنوز کاملاً نمی‌دانیم که انرژی تاریک چیست، اما اکثر مدل‌های فیزیکی انرژی تاریک منجر به وجود نیروی موسوم به نیروی پنجم می‌شوند. چهار نیروی اساسی در جهان وجود دارد و هر چیزی که با یکی از این نیروها قابل توضیح نباشد بعضاً ناشی از نیروی پنجم ناشناخته است.
با این حال، ما می‌دانیم که نظریه گرانش اینشتین در جهان محلی بسیار خوب عمل می‌کند. بنابراین، هر نیروی پنجمی که مربوط به انرژی تاریک است ناخواسته است و باید در مقیاس های کوچک پنهان یا غربال شود و فقط می‌تواند در بزرگترین مقیاس‌ها عمل کند که در آن نظریه جاذبه اینشتین نتواند شتاب جهان را توضیح دهد. برای پنهان کردن نیروی پنجم، بسیاری از مدل‌های انرژی تاریک مجهز به مکانیسم‌های غربالگری هستند که نیروی پنجم را به صورت پویا پنهان می‌کند.
واگنوزی و همکارانش یک مدل فیزیکی تهیه کردند که از نوعی مکانیسم غربالگری استفاده می‌کرد تا نشان دهد ذرات انرژی تاریک تولید شده در میدان‌های مغناطیسی قوی خورشید می‌توانند مازاد XENON1T را توضیح دهند.
وگنوززی گفت: «غربالگری آفتاب پرست ما تولید ذرات انرژی تاریک را در اجسام بسیار متراکم متوقف می‌کند و از مشکلات ناشی از محورهای خورشیدی جلوگیری می‌کند. این همچنین به ما امکان می‌دهد آن‌چه را که در جهان بسیار متراکم محلی اتفاق می‌افتد از آن‌چه در بزرگترین مقیاس‌ها اتفاق می‌افتد جدا کنیم، جایی که تراکم بسیار کم است.»
محققان از مدل خود استفاده کردند تا نشان دهند اگر انرژی تاریک در منطقه‌ای از خورشید به نام تاکوکلین تولید شود، که در آن میدان‌های مغناطیسی به ویژه قوی هستند، در آشکارساز چه اتفاقی می‌افتد.
وگنوززی در مورد نتایج مطالعه گفت: «واقعاً شگفت آور بود که این مازاد در اصل می‌تواند ناشی از انرژی تاریک و نه ماده تاریک باشد. وقتی همه چیز مانند هم جمع می‌شوند، واقعاً خاص است.»
