天文學家對中子星進行掃描以尋找被稱為軸子的暗物質粒子信號

2020-12-24 科普百分百

天文學家對中子星進行掃描以尋找被稱為軸子的暗物質粒子信號

（神秘的地球uux.cn報導）據cnBeta：外媒報導，雖然暗物質的數量被認為是普通物質的五倍，但令人沮喪的是它們很難捉摸。但如果你知道去哪裡看的話也許會找到發現它們的辦法，現在天文學家已經對中子星進行了掃描以尋找一種被稱為軸子的暗物質粒子的信號。幾十年的天文觀測讓科學家們得出結論：宇宙充滿了巨大的、看不見的粒子。

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。

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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  • 軸子和暗物質被發現了？先別急
    Xenon-1T，顧名思義，就是利用約一噸的液氙作為探測靶物質來探測暗物質。液氙是一種閃爍體，我們身邊飛過的暗物質粒子只要打在這一噸液氙中的任何一個氙原子上，就有可能發出閃光，光信號會被靈敏的儀器記錄下來。原子由原子核和外圍電子構成，因此暗物質可能打在原子核上，也可能打在電子上。兩種碰撞產生的關聯光信號區域有所不同。