Une nouvelle étude, dirigé par des chercheurs de l'Université de Cambridge et rapporté dans la revue Examen physique D , suggère que certains résultats inexpliqués de l'expérience XENON1T en Italie peuvent avoir été causés par l'énergie noire, et non la matière noire que l'expérience a été conçue pour détecter.

Ils ont construit un modèle physique pour aider à expliquer les résultats, qui peut provenir de particules d'énergie noire produites dans une région du Soleil avec de forts champs magnétiques, bien que de futures expériences soient nécessaires pour confirmer cette explication. Les chercheurs affirment que leur étude pourrait être une étape importante vers la détection directe de l'énergie noire.

Tout ce que nos yeux peuvent voir dans le ciel et dans notre monde de tous les jours, des petites lunes aux galaxies massives, des fourmis aux rorquals bleus - représente moins de cinq pour cent de l'univers. Le reste est sombre. Environ 27% est de la matière noire - la force invisible qui maintient ensemble les galaxies et la toile cosmique - tandis que 68% est de l'énergie noire, ce qui provoque l'expansion de l'univers à un rythme accéléré.

"Bien que les deux composants soient invisibles, nous en savons beaucoup plus sur la matière noire, puisque son existence a été suggérée dès les années 1920, alors que l'énergie noire n'a été découverte qu'en 1998, " a déclaré le Dr Sunny Vagnozzi du Kavli Institute for Cosmology de Cambridge, le premier auteur de l'article. "Des expériences à grande échelle comme XENON1T ont été conçues pour détecter directement la matière noire, en recherchant des signes de matière noire « frappant » la matière ordinaire, mais l'énergie noire est encore plus insaisissable."

Pour détecter l'énergie noire, les scientifiques recherchent généralement les interactions gravitationnelles :la façon dont la gravité entraîne les objets. Et aux plus grandes échelles, l'effet gravitationnel de l'énergie noire est répulsif, éloigner les choses les unes des autres et accélérer l'expansion de l'Univers.

Il y a à peu près un an, l'expérience XENON1T a signalé un signal inattendu, ou en excès, sur le fond attendu. "Ces sortes d'excès sont souvent des coups de chance, mais de temps en temps ils peuvent aussi conduire à des découvertes fondamentales, " a déclaré le Dr Luca Visinelli, chercheur aux Laboratoires nationaux de Frascati en Italie, un co-auteur de l'étude. "Nous avons exploré un modèle dans lequel ce signal pourrait être attribuable à l'énergie noire, plutôt que la matière noire que l'expérience a été conçue à l'origine pour détecter.

À l'époque, l'explication la plus populaire de l'excès était les axions - hypothétique, particules extrêmement légères - produites dans le Soleil. Cependant, cette explication ne résiste pas aux observations, puisque la quantité d'axions qui serait nécessaire pour expliquer le signal XENON1T modifierait drastiquement l'évolution des étoiles beaucoup plus lourdes que le Soleil, en conflit avec ce que nous observons.

Nous sommes loin de bien comprendre ce qu'est l'énergie noire, mais la plupart des modèles physiques de l'énergie noire conduiraient à l'existence d'une soi-disant cinquième force. Il y a quatre forces fondamentales dans l'univers, et tout ce qui ne peut être expliqué par l'une de ces forces est parfois appelé le résultat d'une cinquième force inconnue.

Cependant, nous savons que la théorie de la gravité d'Einstein fonctionne extrêmement bien dans l'univers local. Par conséquent, toute cinquième force associée à l'énergie noire est indésirable et doit être « cachée » ou « masquée » lorsqu'il s'agit de petites échelles, et ne peut fonctionner qu'aux plus grandes échelles où la théorie de la gravité d'Einstein ne parvient pas à expliquer l'accélération de l'Univers. Pour cacher la cinquième force, de nombreux modèles pour l'énergie noire sont équipés de mécanismes dits de filtrage, qui cachent dynamiquement la cinquième force.

Vagnozzi et ses co-auteurs ont construit un modèle physique, qui utilisait un type de mécanisme de filtrage connu sous le nom de filtrage caméléon, pour montrer que les particules d'énergie noire produites dans les champs magnétiques puissants du Soleil pourraient expliquer l'excès de XENON1T.

"Notre criblage caméléon arrête la production de particules d'énergie noire dans des objets très denses, éviter les problèmes rencontrés par les axions solaires, " a déclaré Vagnozzi. " Cela nous permet aussi de découpler ce qui se passe dans l'Univers local très dense de ce qui se passe aux plus grandes échelles, où la densité est extrêmement faible."

Les chercheurs ont utilisé leur modèle pour montrer ce qui se passerait dans le détecteur si l'énergie noire était produite dans une région particulière du Soleil, appelé la tachocline, où les champs magnétiques sont particulièrement forts.

"C'était vraiment surprenant que cet excès puisse en principe avoir été causé par l'énergie noire plutôt que par la matière noire, " dit Vagnozzi. " Quand les choses s'emboîtent comme ça, c'est vraiment spécial."

Leurs calculs suggèrent que des expériences comme XENON1T, qui sont conçus pour détecter la matière noire, pourrait également être utilisé pour détecter l'énergie noire. Cependant, l'excès originel doit encore être confirmé de manière convaincante. "Nous devons d'abord savoir que ce n'était pas simplement un coup de chance, " a déclaré Visinelli. " Si XENON1T a réellement vu quelque chose, vous vous attendriez à voir à nouveau un excès similaire dans les expériences futures, mais cette fois avec un signal beaucoup plus fort."

Si l'excès était le résultat de l'énergie noire, les prochaines évolutions de l'expérience XENON1T, ainsi que des expériences poursuivant des objectifs similaires telles que LUX-Zeplin et PandaX-xT, signifie qu'il pourrait être possible de détecter directement l'énergie noire au cours de la prochaine décennie.