物理学家寻找轴 - 假设的暗物质颗粒 - 从附近的Stargeuse

MIT LED搜索附近Star Betelgeuse的轴（如图所示）上升空，显着缩小寻找假设的暗物质粒子。

结果显着缩小了发现假想的暗质质颗粒的可能场所的范围。

难以通过轴粒子比电子较轻的倍数较轻，几乎没有对普通物质印象的性质。因此，幽灵状颗粒是作为暗物质的组成部分的主要竞争者 - 一种假设的，隐形的物质，被认为占宇宙中的群众的85％。

轴向迟到的检测到目前为止。物理学家预测，如果他们确实存在，必须在极端环境中生产，例如超新星悬崖上的星星内。当这些恒星喷洒到宇宙中时，颗粒在遇到任何周围的磁场时，应将其简单地变成光子并潜在地揭示自己。

现在，麻省理工学院物理学家已经搜索了Betelgeuse的轴，附近的明星预计将很快燃烧为超新星，至少在天体物理时间尺度上。鉴于其迫在眉睫的消亡，Betelgeuse应该是轴的天然工厂，随着明星燃烧而不断搅拌颗粒。

然而，当团队寻找轴的预期签名时，以X射线频段的光子形式，他们的搜索已经空了。它们的结果排除了可以在广泛的能量上与光子相互作用的超轻轴的存在。该研究结果为粒子的属性设置了新的约束，这些属性比以前的任何基于实验室的轴向检测实验强三倍。

“我们的结果所说的是，如果你想寻找这些真正的灯光粒子，我们看起来不是要对光子谈论的，”麻省理工学院的物理学助理教授Kerstin Perez说。“我们基本上让每个人的生活更加努力，因为我们在说，”你将不得不想到别的东西会给你一个轴向信号。“

佩雷斯和她的同事们在物理评论信中发表了他们的结果。她的MIT共同作者包括领先作者蒙胶肖，布兰登罗奇和梅兰尼亚·诺纳卡，以及博里大学的莫里奥·戈尼蒂蒂，奥斯卡·斯特兰缇蒂在意大利国家核物理研究所的Alessandro Mirizzier，以及Brian Grefenstette卡尔特科。

追捕耦合

许多搜索轴轴的目前实验旨在将它们寻找作为Primakoff效果的乘积，这是描述轴和光子之间的理论“耦合”的过程。通常认为轴不与光子相互作用 - 因此它们是暗物质的可能性。然而，Primakoff效果预测，当光子经受强烈的磁场时，例如在恒星芯中，它们可以变成轴轴。因此，许多恒星的中心应该是天然轴工厂。

当一颗星星在超级爆发时，它应该将轴蒸发到宇宙中。如果隐形粒子延伸到磁场中，例如在星形和地球之间，则它们应该转回光子，可能具有一些可检测的能量。科学家通过这个过程狩猎轴，例如我们自己的太阳。

“但是太阳也有耀斑，一直释放X射线，很难理解，”佩雷斯说。

她和她的同事代替地看着Betelgeuse的轴，一颗通常不会发出X射线的星。这颗恒星是最接近地球的那些，预计很快就会爆炸。

“Betelgeuse处于温度和生活中，您不希望通过标准的恒星天体物理学看到X射线，”Perez解释说。“但如果轴向存在，并且出来，我们可能会看到X射线签名。这就是为什么这颗明星是一个很好的对象：如果你看到X射线，这是一个吸烟枪，它必须是轴。“

“数据aredata”

研究人员寻找来自Betelgeuse的轴的X射线签名，使用Nustar，Nusa的基于空间的望远镜拍摄的数据集中来自天体物理来源的高能量X射线。该团队在望远镜在Betelgeuse培训的时候获得了50公里的诺斯塔尔数据。

研究人员然后建模了一系列的X射线排放，如果星星喷出轴，他们可能会从贝格里掠夺。它们认为一系列轴的肿块，以及轴向轴向将其与光子“耦合到光子的一系列可能性，这取决于星形和地球之间的磁场强度。

“出于所有建模的内容中，您可以获得一系列轴的X射线信号可能看起来像的东西，”Perez说。

然而，当他们在Nustar的数据中搜索这些信号时，它们在其预期的背景或任何普通天体物理源的外部没有找到任何X射线。

“Betelgeuse可能处于演变的后期阶段，在这种情况下，应该有很大的转换成轴的可能性，”萧说。“但是数据aredata。”

鉴于他们考虑的条件范围，团队的零点结果将规定了大量的可能性空间，并将上限设置为比以前的限制强，从基于实验室的搜索，对于轴必须是什么。从本质上讲，如果轴向极性质量，则该团队的结果表明，颗粒必须至少三倍到耦合到光子的可能性，并发射任何可检测的X射线。

“如果轴轴有超轻肿块，我们肯定会告诉你他们的耦合必须非常小，否则我们会看到它，”Perez说。

最终，这意味着科学家可能必须寻找用于轴向信号的其他较少可检测的能带。然而，Perez说，搜索BetelgeUSE的轴不结束。

“如果我们看到一个超新星，那将是令人兴奋的，这将点燃巨大量的轴，这不会在X射线中，而是在伽马射线中，”Perez说。“如果一颗星爆炸，我们没有看到轴，那么我们将在轴耦合到光子上真正严格的约束。所以每个人都穿过他们的手指，因为贝雷格斯就会离开。“

参考：“由Betelgeuse的硬X射线观察轴静脉颗粒的限制”By Mengjiao Xiao，Kerstin M. Perez，Maurizio Giannotti，Oscar Straniero，Alessandro Mirizti，Brian W. Grefenstette，Brandon M. Roach和Melania Nynka，1月2021年1月21日，物理评论字母.DOI：
10.1103 / physrevlett.126.031101

这项研究部分得到了美国宇航局的支持。