科學家掃描中子星以尋找變成光的暗物質信號

2020-12-22 cnBeta

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這種「黑暗」物質不會發出光或反射光，但它通過其對恆星和星系極強的引力效應使其存在得以為人們所知

直接探測暗物質粒子被認為是物理學的聖杯，但很顯然，找到一種「看不見的」物質絕非易事。更困難的是，人類對暗物質知之甚少--暗物質可以是任意數量的假想粒子如超重引力子、惰性中微子、暗光子或大質量弱相互作用粒子(WIMP)，每一種都有其自己的特性。

一個特別有希望的候選是軸子。如果它們存在，其被認為是非常輕、帶有中性電荷並以波的形式漂浮在宇宙中。但最讓人興奮的是，跟其他候選粒子不同的是，軸子偶爾也會通過引力以外的力跟普通物質發生相互作用--也就是電磁力。

過去曾有實驗試圖探測在特定條件下產生電場或磁場的軸子，或通過影響帶電中子的自旋來探測軸子。但在這項新研究中，研究人員將目光從實驗室轉向了恆星。

對於軸子的另一個預測性質是，當它們遇到強電磁場時，它們有時會自發地轉化為光子--一種很容易被檢測到的光粒子。

中子星擁有宇宙中最強的磁場，它們巨大的質量應該會吸引大量的軸子。因此，研究人員推斷，這些物體將是掃描軸子轉化為光子的完美場所。

這種轉換有望在特定頻率產生超窄的無線電波峰值，這取決於軸子的質量。團隊分析了來自兩個射電望遠鏡----位於美國的Robert C. Byrd Green Bank望遠鏡和位於德國的數據望遠鏡的數據，他們對附近的兩顆中子星進行了觀察並對銀河系中心展開了更廣泛的掃描。研究人員在這些地點採集了1GHz左右的無線電頻率，這是預期由質量在5到11微電子伏特之間的軸子產生的範圍。但他們沒有發現這樣的信號。

Robert C. Byrd Green Bank望遠鏡

然而一個零結果並不是一個失敗--它允許研究人員排除存在於這個質量範圍內的軸子。隨著越來越多不同類型的實驗來尋找具有不同質量和性質的候選者，每一次實驗都可能讓我們人類更接近答案。

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