我們終于知道在哪里尋找宇宙中最受歡迎的粒子

喜歡極端旋轉(zhuǎn)的中子星可能正在產(chǎn)生宇宙中最受追捧的粒子之一。

這些基本粒子被稱為軸子，迄今為止它們純粹是假設(shè)的。不過，如果我們真的設(shè)法找到了它們，我們就可以解決宇宙中一些最大的問題，包括至少一種暗物質(zhì)的同一性.

這些快速旋轉(zhuǎn)的恒星在捕獲軸子方面應(yīng)該如此高效，以至于難以捉摸的粒子可能會被隔離在足夠高的數(shù)量上，以最終檢測到。這將為我們提供一些關(guān)于軸子的性質(zhì)和特性的重要線索，例如它的質(zhì)量。

自從物理學(xué)家在 1970 年代提出軸子的存在以來，天文學(xué)家一直在尋找有關(guān)軸子的線索。一個有點(diǎn)像中微子，t嘿，被認(rèn)為與其他物質(zhì)的相互作用很弱，因此很難被檢測到。

但是，如果它們在一定的質(zhì)量范圍內(nèi)，它們就會被預(yù)測為與暗物質(zhì)完全一樣，從而導(dǎo)致明顯的引力效應(yīng)，而這種效應(yīng)不能僅僅根據(jù)宇宙中正常物質(zhì)的數(shù)量來解釋。

從理論上講，在足夠強(qiáng)的磁場存在下，軸子很容易衰變成成對的光子，從而有效地使它們可見。在強(qiáng)磁場附近沒有容易確定的光源的情況下發(fā)現(xiàn)過多的光可能是軸子衰變的跡象。

中子星具有令人難以置信的大磁場。這些天體是大質(zhì)量恒星的核心，這些恒星已經(jīng)變成超新星，坍縮成熾熱的超致密物質(zhì)，它們被擠壓在一起，它們的行為很像一個城市大小的單個原子核。

從這個物體旋轉(zhuǎn)出來的磁場是比地球強(qiáng)大數(shù)萬億倍;強(qiáng)到可以殺死你，如果其他中子星特性沒有先到達(dá)那里.

脈沖星是一種中子星，但有一個額外的扭曲：它以極高的速度旋轉(zhuǎn)，通?？斓胶撩爰?。當(dāng)它這樣做時，強(qiáng)大的無線電發(fā)射光束從脈沖星的兩極發(fā)射出來，因此它似乎在太空中跳動就像一座宇宙燈塔。這種自旋還有另一個效果：它似乎增加了中子星磁場的威力。

阿姆斯特丹大學(xué)的物理學(xué)家 Dion Noordhuis 和他的同事去年發(fā)表了一篇論文，發(fā)現(xiàn)這些快速旋轉(zhuǎn)的恒星能夠產(chǎn)生每分鐘 50 位軸數(shù).當(dāng)它們從恒星中逸出時，這些軸子會穿過它的磁場并轉(zhuǎn)化為光子，使脈沖星比它應(yīng)該的亮亮一點(diǎn)。

分析了許多脈沖星，他們無法檢測到任何額外的光。這并不意味著這些假設(shè)的粒子不存在;只是，如果存在軸子，它們可能產(chǎn)生的信號就會受到更嚴(yán)格的限制。

根據(jù)一篇繼續(xù)先前研究的新論文，被恒星的極端引力困住的軸子也應(yīng)該產(chǎn)生信號。隨著時間的推移——也許是數(shù)百萬年的時間尺度——軸子應(yīng)該在脈沖星附近積累，持續(xù)中子星的生命周期，在恒星表面產(chǎn)生一個微弱的朦朧層。

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的分析，這些軸子云（如果存在的話）對于中子星來說應(yīng)該是正常的，這意味著它們最多存在，如果不是全部的話。而且它們應(yīng)該非常密集，比局部高出大約 20 個數(shù)量級暗物質(zhì)密度，這意味著它們應(yīng)該反過來產(chǎn)生可檢測的特征，因?yàn)楣庾記]有泄漏。

我們不確定這個簽名會采取什么形式，但該團(tuán)隊(duì)提出了兩種主要的可能性。一個是連續(xù)信號，脈沖星無線電頻譜中的一條窄線，其頻率對應(yīng)于軸子的質(zhì)量。我們不知道這個質(zhì)量是什么，但光譜中這條線的缺失可以縮小它的范圍。

另一個是中子星壽命結(jié)束時的光爆發(fā)，即它停止發(fā)射輻射的點(diǎn)。預(yù)計這個過程自然需要數(shù)萬億年;宇宙還不夠古老，它還沒有發(fā)生，所以我們不太可能很快觀察到垂死的中子星的任何軸子爆發(fā)。這使得 continuous 信號成為最好的選擇。

與過多的光線一樣，研究人員無法找到附近脈沖星周圍存在中子星軸子云的證據(jù)。但是，由于未被探測到，在一定范圍內(nèi)對軸子的質(zhì)量進(jìn)行了最強(qiáng)的約束，而不需要依賴軸子是暗物質(zhì)的假設(shè)。

這項(xiàng)研究還為未來的搜索鋪平了道路，為我們提供了尋找和理解這種神秘、難以捉摸的粒子特性的新方法。

該研究已發(fā)表在物理檢查X.

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