Um novo estudo, liderado por pesquisadores da Universidade de Cambridge e relatado na revista Physical Review D, sugere que alguns resultados inexplicáveis do experimento XENON1T na Itália podem ter sido causados pela energia escura, e não pela matéria escura para a qual o experimento foi projetado detectar.
Eles construíram um modelo físico para ajudar a explicar os resultados, que podem ter se originado de partículas de energia escura produzidas em uma região do Sol com fortes campos magnéticos, embora futuros experimentos sejam necessários para confirmar essa explicação. Os pesquisadores afirmam que seu estudo pode ser um passo importante para a detecção direta da energia escura.
Tudo o que nossos olhos podem ver nos céus e em nosso mundo cotidiano – de pequenas luas a enormes galáxias, de formigas a baleias azuis – representa menos de 5% do universo. O resto está escuro. Cerca de 27% é matéria escura – a força invisível que mantém as galáxias e a teia cósmica juntas – enquanto 68% é energia escura, que faz com que o universo se expanda a uma taxa acelerada.
“Apesar de ambos os componentes serem invisíveis, sabemos muito mais sobre a matéria escura, já que sua existência foi sugerida já na década de 1920, enquanto a energia escura não foi descoberta até 1998”, disse o Dr. Sunny Vagnozzi do Instituto Kavli de Cosmologia de Cambridge, o primeiro autor do artigo. “Experimentos em larga escala como o XENON1T foram projetados para detectar diretamente a matéria escura, procurando por sinais de matéria escura ‘atingindo’ a matéria comum, mas a energia escura é ainda mais elusiva.”
Para detectar a energia escura, os cientistas geralmente procuram as interações gravitacionais: a maneira como a gravidade puxa os objetos. E nas escalas maiores, o efeito gravitacional da energia escura é repulsivo, afastando as coisas umas das outras e acelerando a expansão do Universo.
Cerca de um ano atrás, o experimento XENON1T relatou um sinal inesperado, ou excesso, sobre o fundo esperado. “Esses tipos de excessos costumam ser acaso, mas de vez em quando também podem levar a descobertas fundamentais”, disse o Dr. Luca Visinelli, pesquisador do Frascati National Laboratories na Itália, coautor do estudo. “Exploramos um modelo no qual esse sinal pode ser atribuído à energia escura, em vez da matéria escura que o experimento foi originalmente planejado para detectar.”
Na época, a explicação mais popular para o excesso eram os axions – partículas hipotéticas extremamente leves – produzidas no sol. No entanto, essa explicação não resiste às observações, já que a quantidade de axions que seriam necessários para explicar o sinal XENON1T alteraria drasticamente a evolução de estrelas muito mais pesadas que o Sol, em conflito com o que observamos.
Estamos longe de compreender totalmente o que é a energia escura, mas a maioria dos modelos físicos para a energia escura levaria à existência de uma chamada quinta força. Existem quatro forças fundamentais no universo, e tudo o que não pode ser explicado por uma dessas forças é às vezes referido como o resultado de uma quinta força desconhecida.
No entanto, sabemos que a teoria da gravidade de Einstein funciona extremamente bem no universo local. Portanto, qualquer quinta força associada à energia escura é indesejada e deve ser ‘escondida’ ou ‘protegida’ quando se trata de escalas pequenas, e só pode operar nas escalas maiores onde a teoria da gravidade de Einstein falha em explicar a aceleração do Universo. Para ocultar a quinta força, muitos modelos de energia escura são equipados com os chamados mecanismos de proteção, que ocultam dinamicamente a quinta força.
Vagnozzi e seus co-autores construíram um modelo físico, que usava um tipo de mecanismo de triagem conhecido como triagem camaleônica, para mostrar que as partículas de energia escura produzidas nos fortes campos magnéticos do Sol poderiam explicar o excesso de XENON1T.
“Nosso rastreio camaleão interrompe a produção de partículas de energia escura em objetos muito densos, evitando os problemas enfrentados pelos áxions solares”, disse Vagnozzi. “Também nos permite desacoplar o que acontece no Universo local muito denso do que acontece nas escalas maiores, onde a densidade é extremamente baixa.”
Os pesquisadores usaram seu modelo para mostrar o que aconteceria no detector se a energia escura fosse produzida em uma região específica do Sol, chamada taquoclina, onde os campos magnéticos são particularmente fortes.
“Foi realmente surpreendente que esse excesso pudesse, em princípio, ter sido causado pela energia escura em vez da matéria escura”, disse Vagnozzi. “Quando as coisas se encaixam assim, é realmente especial.”
Seus cálculos sugerem que experimentos como o XENON1T, que são projetados para detectar matéria escura, também podem ser usados para detectar energia escura. No entanto, o excesso original ainda precisa ser confirmado de forma convincente. “Primeiro, precisamos saber que isso não foi simplesmente um acaso”, disse Visinelli. “Se o XENON1T realmente visse algo, você esperaria ver um excesso semelhante novamente em experimentos futuros, mas desta vez com um sinal muito mais forte.”
Se o excesso foi o resultado da energia escura, as próximas atualizações do experimento XENON1T, bem como experimentos que buscam objetivos semelhantes, como LUX-Zeplin e PandaX-xT, significam que seria possível detectar diretamente a energia escura na próxima década.
Publicado em 16/09/2021 22h32
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