來自中子星的神秘X射線信號暗示「幽靈」粒子存在的可能性

據外媒報道,天文學家探測到一組由中子星發出的奇怪信號,據悉,這些中子星可能是科學家們長期尋找的基本粒子的指紋–甚至可能是暗物質。一個無法解釋的過量X射線暗示了軸子–一種可能可以解決幾個長期存在的物理學難題的假想「幽靈」粒子–的存在。

來自中子星的神秘X射線信號暗示「幽靈」粒子存在的可能性

當大質量恆星變成超新星時,它們會留下中子星,其核心密度極高且擁有強大的磁場。一組綽號為Magnificent Seven的中子星被認為會產生紫外線和低能量X射線,但幾年前天文學家發現它們也會以某種方式釋放出高能X射線,而這是目前已有模型無法解釋的。

在新研究中,研究團隊提出了一個有趣的解釋,即這些信號可能來源於軸子。這些假設的粒子最早則是在1977年被提出的,其目的是解決一個叫做強CP問題的宇宙學難題,這個問題簡單地說就是思考中子不跟電場發生作用的原因。後來,軸子成為了暗物質的一個很有前景的候選者。暗物質是一種神秘的物質,據信其數量是普通物質粒子的五倍。

如果軸子存在,那麼它們的質量將會非常小且很少跟常規物質相互作用,但卻能暢通無阻地穿過人類和行星–因此被稱為「幽靈粒子」。但它們可能通過跟電磁場相互作用如周圍的中子星來讓人們知道它們的存在。

研究人員提出,軸子可以在這些中子星的中心大量產生並到達外部,然後在那里,磁場將它們轉換成光子。由於軸子攜帶着大量的能量,所以它們的光子也會產生在這些恆星周圍觀察到的高能X射線。

「我們並不是說我們已經發現了軸子,但我們是想說額外的X射線光子可以用軸子來解釋,」該研究的一位作者Raymond Co說道,「這是一個令人興奮的X射線光子過剩的發現,這是一種令人興奮的可能性,它已經跟我們對軸子的解釋表現出相一致。」

實際上,天文學家已經用這種對軸子的解釋來運行並試圖通過尋找中子星周圍的射電信號的跡象或星系團中的X射線異常來尋找這些粒子,但都無濟於事。這使得對這種奇怪信號的新探測符合軸子的要求,這非常有趣。更妙的是,它們可能已經在實驗室實驗中出現了。

如果軸子確實存在,那麼它們將是非常方便的小粒子。它們不僅可以解決強CP問題和暗物質問題,而且還可以為弦理論提供依據並有助於解釋為什麼宇宙中物質比反物質多那麼多。

研究小組指出,即使X射線的過量不是由軸子引起,他們仍可能提出超出標准模型範圍的問題,這意味着全新物理學的誕生。為了找到答案,研究人員的下一步是研究白矮星–這是一個沒有X射線的環境。

相關研究報告已發表在《Physical Review Letters》上。

來源:cnBeta