16 oktober 2021

Signaal XENON1T-experiment kwam mogelijk niet van donkere materie maar van… donkere energie

Credit: University of Cambridge

Vorig jaar juni was het even wereldnieuws: in de periode 2016-2018 hadden natuurkundigen met het donkere materie-experiment XENON1T een onverklaarbaar signaal waargenomen (zie de grafiek hieronder), dat mogelijk werd veroorzaakt door axionen, hypothetische ultralichte deeltjes die een kandidaat-donkere materiedeeltje zijn. Het signaal wacht nog op bevestiging door andere experimenten (zoals daar zijn LUX-Zeplin en PandaX-xT), maar er is ook het probleem dat de axionen – áls ze bestaan – de evolutie van zware sterren drastisch veranderen, hetgeen in strijd is met waarnemingen aan die sterren. Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge zijn nu met een nieuwe verklaring gekomen van het signaal: het zou veroorzaakt worden door donkere energiedeeltjes geproduceerd in de zon. Dat is in meerdere opzichten een opvallende verklaring. Ten eerste omdat ze spreken van ‘deeltjes’ donkere energie, hetgeen anders is dan de gangbare gedachte, namelijk dat donkere energie een soort van eigenschap is van de ruimte zelf, een soort van vacuümenergie van de ruimte. Ten tweede omdat donkere materie net als gewone materie door z’n zwaartekrachtswerking aantrekkend werkt, terwijl donkere energie juist afstotend werkt – niet voor niets is donkere energie dé verklaring voor de versnelde uitdijing van het heelal. En tenslotte omdat het XENON1T experiment, dat zich kilometers onder het Gran Sassogebergte in Italië afspeelt, ontworpen is om donkere materie te detecteren en je niet verwacht dat het dat andere mysterieuze goedje uit het heelal vindt, namelijk donkere energie.

Het waargenomen spectrum door XENON1T. De lintjes links die omhoog i.p.v. omlaag gaan zijn het onverklaarbare signaal. Credit: E. Aprile et al.

De natuurkundigen denken dat het bestaan van donkere energie verklaard kan worden door een vijfde natuurkracht, een extra kracht bovenop de vier bekende natuurkrachten (sterke, zwakke en electromagnetische wisselwerking en de zwaartekracht). Deze vijfde kracht zou op kleine schaal onzichtbaar zijn door zogeheten ‘screening mechanisms’ (vertaald: filtermechanismen), zodat wij er in ons lokale heelal niets van merken. Alleen op de allergrootste schaal van het heelal zou de vijfde kracht meerkbaar zijn en wel door de versnelde uitdijing van het heelal. Eén van die mechanismes is wat ze ‘kameleon filtering’ noemen en die zorgt er voor dat de productie van deeltjes donkere energie in de zon, die een relatief hoge dichtheid heeft, gefilterd wordt.

Schematische voorstelling van het binnenste van de zon, met daarin aangegeven waar de tachocline zich bevindt. Credit: Kelvinsong/CC BY-SA 3.0.

Alleen een regio in de zon waar de magnetische velden erg sterk zijn en die de tachocline (zie hierboven) wordt genoemd, zou de deeltjes wel kunnen produceren en het zijn die deeltjes die vervolgens voor het XENON1T signaal hebben gezorgd. Hier is het vakartikel over het onderzoek aan én verklaring van het XENON1T-signaal, verschenen in Physical Review D. Bron: Universiteit van Cambridge.

Comments

  1. Ik wist eigenlijk niet dat donkere energie gemaakt kan worden in (oa) sterren. Welke processen in een ster maken dan donkere energie? Welke bekende bronnen zijn er nog meer die donkere energie kunnen maken?

  2. Hans Schreuder zegt

    Triviaal maar grappig detail: voor zover ik weet heet het gebergte in Italië Gran Sasso (grote steen) en niet San Grasso (heilige dikkerd),
    (NB de vertalingen zijn van een amateur-vertaler)

  3. Wybren de Jong zegt

    Als het theoretisch mogelijk is dat donkere energie gefilterd wordt (gescreend), dan zou het toch ook mogelijk moeten zijn om dat in de theorie van axionen te doen? Als de screening ervoor zorgt dat in de kernen van sterren geen grote hoeveelheden axionen worden geproduceerd, dan vervalt een belangrijk bezwaar tegen axionen als kandidaat donkere materie.
    Of is dit te eenvoudig gedacht?

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.