在我們(men) 生活的宇宙中，遍布著行星、恒星、星係......這些物體(ti) 都是由我們(men) 所熟悉的粒子（比如電子和質子）構成的。然而，大量的天文觀測表明，宇宙中遠不止隻有這些物質，理論上，還應該存在著數量遠超過這些普通物質的暗物質。但物理學家至今仍然不知道暗物質的本質究竟是什麽(me) 。

大多數人認為(wei) ，暗物質或許是由未被發現的粒子組成的。其中一個(ge) 熱門的假想粒子被稱為(wei) 軸子。根據理論預測，軸子的質量比電子還要輕上很多，它們(men) 像幽靈般幾乎不與(yu) 普通物質發生任何相互作用。如果軸子確實存在，那麽(me) 它們(men) 很可能會(hui) 在一些極端環境中的產(chan) 生。但迄今為(wei) 止，還沒有任何實驗和觀測發現軸子的蹤跡，包括最新的一項研究。在搜尋暗物質的道路上，再一次給出了零結果。

目前，許多尋找軸子的實驗，都是根據軸子作為(wei) 一種被稱為(wei) 普裏馬科夫效應的產(chan) 物而設計的。普裏馬科夫效應描述了軸子和光子之間的一種理論“耦合”過程。根據現有理論認為(wei) ，在通常情況下，軸子不會(hui) 與(yu) 光子相互作用（這很符合暗物質的特性），然而普裏馬可夫效應預測，當光子受到強磁場的影響時（比如在恒星內(nei) 核），就可能會(hui) 變形為(wei) 軸子。根據這種說法，許多恒星的核心就應該是天然的軸心工廠。

這為(wei) 搜索軸子的蹤跡提供了思路。例如，當一顆恒星在超新星中爆炸時，恒星就會(hui) 向宇宙噴射出軸子；接著，當這些看不見的軸子在地球和恒星之間遇到星係磁場時，就會(hui) 短暫地轉變光子，並可能產(chan) 生可被探測到的X射線。

因此，一些科學家試圖利用這個(ge) 過程來尋找軸子，並將太陽等恒星列為(wei) 研究對象。不過，太陽並非進行這項探測的優(you) 質對象。因為(wei) 太陽有耀斑，且能一直發出X射線。在一項新的研究中，麻省理工學院的物理學家將目光投向了參宿四。

參宿四是離地球最近的一顆恒星之一。據天文學家預測，它很快會(hui) 燃燒成為(wei) 超新星。從(cong) 這點來看，即將消亡的參宿四應該是一座天然的軸子工廠，它在燃燒時應該可以不斷地產(chan) 生軸子。另外，根據恒星天體(ti) 物理學來看，現在的參宿四所處的溫度水平和生命階段，是不會(hui) 發射出X射線的。因此如果軸子確實存在，並且被噴射出來與(yu) 磁場相遇，那麽(me) 就有可能產(chan) 生能被探測到的X射線信號。如此一來，發現由參宿四所釋放出的X射線就將是成為(wei) 軸子存在的一個(ge) 確鑿信號。

核分光望遠鏡陣（NuSTAR）是一個(ge) 聚焦由天體(ti) 產(chan) 生的高能X射線的空間望遠鏡。在新發表的這項研究中，物理學家分析了由NuSTAR收集到的數據。在獲取了大量數據後，研究人員進行了一係列模擬。他們(men) 根據參宿四與(yu) 地球之間的磁場強度，在模擬中探究了軸子可能的質量範圍，以及軸子與(yu) 光子發生“耦合”並重新轉換成光子的可能性範圍。如此一來，如果參宿四真的噴射出了軸子，就能預測可能會(hui) 看到的X射線信號將會(hui) 是什麽(me) 樣子。

然而，當他們(men) 在數據中尋找這些信號時，卻並沒有發現任何超出預期背景或任何不尋常的X射線信號。

“零結果”或許令人有些失望，但並不能說一無所獲。根據這次研究所設置的條件範圍，新的“零結果”帶來了很多有價(jia) 值的正麵信息，比如它排除了能在很大能量範圍內(nei) 與(yu) 光子發生相互作用的超輕軸子的存在的可能性，並且為(wei) 軸子的性質設定了新的約束條件。

簡單來說，新的結果表明，如果軸子的質量超輕，那麽(me) 軸子與(yu) 光子耦合並發射出可探測X射線的可能性應該比現在認為(wei) 的更低。這意味著，物理學家將要開始思考如何在其他的更不易被探測到的能量帶中尋找軸子信號。

盡管如此，研究人員表示，零結果並不意味著對參宿四軸子的搜索的結束。未來，當參宿四爆炸成超新星時，如果真的產(chan) 生了軸子，那麽(me) 我們(men) 將看到的會(hui) 是伽馬射線，而不是X射線，屆時或許將能產(chan) 生更多的新洞見。並且即使在一顆恒星爆炸時沒能觀測到軸子，那麽(me) 也將在軸子與(yu) 光子的耦合問題上設定更加嚴(yan) 格的約束。

#創作團隊：

編譯：不二北鬥

#參考來源：

https://news.mit.edu/2021/axions-betelgeuse-photons-0120

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.031101

#圖片來源：

MIT News

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O’Gorman/P. Kervella


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