组成暗物质的超小粒子可能来自中子星

45年前,芝加哥郊区的物理学家们首次提出了轴子理论,轴子很快成为解释暗物质的有力候选者。然而,一直以来,超小粒子仍然是一种假设。现在,一组天体物理学家提出,轴子可能是我们星系中一组中子星发出的过量x射线的原因。

这两颗被称为“壮观七星”的恒星是中子星,它们的表面发出低频x射线辐射。中子星是恒星坍缩后密度极高的产物。它们拥有强大的磁场,顾名思义,它们大部分是由中子组成的。这项新研究发表在本周的《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上,重点研究了这七颗恒星正在释放的高频x射线,这些x射线尚未得到解释。

劳伦斯伯克利国家实验室的粒子物理学家、最近论文的合著者本杰明·萨夫迪(Benjamin Safdi)在电话中说:“我们在这里看到的可能是新物理学的证据,是轴子的证据,这将以一种非常巨大的方式改变我们对大自然的理解,这很难传达。”“这一发现可能伴随着这篇论文而来;它可能来自500年后。科学就是这样工作的,所以不能保证能马上得到满足。”

关于轴子的主要不确定性与它们的存在有关。换句话说,物理学家们对于这些理论粒子的特性达成了共识,如果它们存在的话。其中一个性质是轴子与普通物质的相互作用非常弱,而且很少。轴子不会散射恒星中的物质,而是直接逃逸。另一种观点认为,轴子在磁场存在的情况下可以转变成光子——就像环绕在七颗中子星周围的磁场一样。

研究人员将轴子的可能行为与中微子进行比较,后者是一种类似的小粒子(尽管其存在已被证实),很少与其他物质相互作用。众所周知,中子星内的中子会碰撞并释放出中微子,这是随着时间的推移,恒星冷却的主要方式。

该团队的主张是,轴子可以在中子星的中心产生,那里比恒星的表面热得多,能量也大得多。就像在密度极高、温度极高的区域内的中子通过碰撞产生中微子一样,轴子也可以产生。不同的是,在磁场存在的情况下,轴子可以转换成光子。光子的嘶嘶作响的能量可以在x射线光谱上被探测到,特别是在高频范围内。之前已经收集了这些高频波的数据,但它们只是本次研究的主要课题——从恒星表面发出的低频x射线波的副产品。

明尼苏达大学(University of Minnesota)天体物理学家雷蒙德·科(Raymond Co)是这篇论文的合著者,他在新闻发布会上说:“我们还没有宣称发现了轴子,但我们说,额外的x射线光子可以用轴子来解释。”“这是一个令人兴奋的x射线光子过剩的发现,这是一种令人兴奋的可能性,已经与我们对轴子的解释相一致。”

萨夫迪的希望是,未来可以关注附近的白矮星,这是一种简并恒星,不那么致密,表面温度比中子星低得多。因为白矮星的表面不会发出低频x射线,所以没有一个x射线望远镜有足够的理由指向它。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/tianwen/943.html