地球的一颗邻近恒星可能是“暗物质工厂”

2021/4/26 11:09:31 来源:新浪科技 作者:叶倾城 责编:姜戈

北京时间 4 月 26 日消息,据国外媒体报道,近年来,科学家搜寻来自参宿四的假想轴子流的过程一无所获,但该过程却帮助物理学家对该恒星产生新的认知 —— 这颗距离地球最近的恒星可能是一个“暗物质工厂”

在巨大红色恒星参宿四内部深处可能正在制造数吨重的假想暗物质粒子 —— 轴子,如果轴子真实存在,将是一个非常重要的信号。近年来,虽然科学家搜寻轴子没有进展,但该过程却有助于物理学家对假定轴子的属性设定了新的限制。

参宿四在猎户星座中呈现为一个亮红点,科学家对该恒星展开了深入勘测分析,它也是距离地球最近的恒星之一,与地球相距大约 520 光年,2020 年,这颗恒星开始神秘地变暗,使部分研究人员认为它可能准备爆炸成为超新星,从而成为天文学领域的关注焦点。

▲ 透过 ALMA 于 2017 年 6 月拍摄到的参宿四,这是迄今分辨率最高的太阳系外恒星照片,也是 ALMA 首度清楚观测到恒星表面

由于参宿四是一颗庞大、灼热的恒星,可能也是发现轴子的最佳区域,研究人员推测轴子的质量可能仅是电子的百万分之一,甚至十亿分之一,它们是构成暗物质的“理想候选者”,暗物质是一种神秘物质,其数量远超过宇宙中的普通物质,但其本质属性在很大程度上仍不确定。

美国麻省理工学院物理学家肖梦姣(音译)称,轴子作为一种假想的暗物质,它不会与发光粒子发生交互反应,但依据某些理论,在强磁场存在下的光子(或叫光粒子)可以反复转换成为轴子,这是一个小概率事件。恒星的热核是发现大量光子和磁力的最佳区域,而参宿四的质量是太阳的 20 倍,很可能就是“我们所说的轴子工厂”。

如果轴子在这种极端环境中产生,它们应该能够大量地向外逃逸并流向地球,肖梦姣教授说:“通过与银河系的自然磁场的相互作用,这些轴子可以转换成为电磁波谱 X 射线部分的光子。”

参宿四是一颗处于生命阶段晚期的恒星,不会释放太多的 X 射线,因此从该恒星探测到任何此类辐射都可能表明轴子的存在。肖梦姣和同事使用美国宇航局“天基核光谱望远镜阵列(NuSTAR)”搜寻来自参宿四的 X 射线信号,尽管他们没有观察到任何超出普通天体物理过程预期的现象,例如:参宿四正在制造的少量 X 射线。4 月 20 日,肖梦姣教授将这项最新研究报告发表在美国物理学会会议上,该发现表明光子和轴子相互作用的可能性比之前认为的至少低 3 倍。

由于恒星环境比在实验室条件的背景干扰更大,通过天基望远镜搜寻星际信号是非常棘手的,美国麻省理工学院物理学家约书亚・福斯特称,虽然我并未参与这项研究工作,但我一直努力探索银河系中心恒星团释放的轴子,肖梦姣的研究团队正在努力量化轴子探测的不确定性,并对轴子的潜在特征施加新的限制条件。

▲ 来自 ESO 的甚大望远镜所显示的图像,不仅有恒星的盘面,还有以前不知道的被气体围绕着的烟羽伴随着扩展的大气层

即使研究人员观察到来自某颗恒星释放出乎意料的 X 射线,也不一定表明轴子是真实存在的。福斯特称,在信号转向新的物理学领域之前,科学家仍需要排除许多非暗物质的信号解释。

肖梦姣教授指出,如果某一天我们发现轴子,那么它们将有助于天文学家更好地洞察了解参宿四,如果知晓这些神秘粒子的真实性质,以参宿四作为研究对象的望远镜可能最终接收到它们的信号,从而观察到参宿四内部发生的轴子制造过程,研究人员可能计算出参宿四真正爆炸的时间。

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关键词:参宿四暗物质天文恒星轴子

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