地球的一顆鄰近恆星可能是「暗物質工廠」

4月26日消息,據媒體報導,近年來,科學家搜尋來自參宿四的假想軸子流的過程一無所獲,但該過程卻幫助物理學家對該恆星產生新的認知——這顆距離地球最近的恆星可能是一個「暗物質工廠」。

地球的一顆鄰近恆星可能是「暗物質工廠」

  圖中是參宿四神秘變暗的視覺變化過程。目前,科學家最新研究表明,參宿四可能是距離地球最近的「暗物質工廠」,是尋找軸子(假想暗物質粒子)的最佳區域

在巨大紅色恆星參宿四內部深處可能正在製造數噸重的假想暗物質粒子——軸子,如果軸子真實存在,將是一個非常重要的信號。近年來,雖然科學家搜尋軸子沒有進展,但該過程卻有助於物理學家對假定軸子的屬性設定了新的限制。

參宿四在獵戶星座中呈現為一個亮紅點,科學家對該恆星展開了深入勘測分析,它也是距離地球最近的恆星之一,與地球相距大約520光年,2020年,這顆恆星開始神秘地變暗,使部分研究人員認為它可能准備爆炸成為超新星,從而成為天文學領域的關注焦點。

地球的一顆鄰近恆星可能是「暗物質工廠」

  透過ALMA於2017年6月拍攝到的參宿四,這是迄今解析度最高的太陽系外恆星照片,也是ALMA首度清楚觀測到恆星表面

由於參宿四是一顆龐大、灼熱的恆星,可能也是發現軸子的最佳區域,研究人員推測軸子的質量可能僅是電子的百萬分之一,甚至十億分之一,它們是構成暗物質的「理想候選者」,暗物質是一種神秘物質,其數量遠超過宇宙中的普通物質,但其本質屬性在很大程度上仍不確定。

美國麻省理工學院物理學家肖夢姣(音譯)稱,軸子作為一種假想的暗物質,它不會與發光粒子發生交互反應,但依據某些理論,在強磁場存在下的光子(或叫光粒子)可以反復轉換成為軸子,這是一個小機率事件。恆星的熱核是發現大量光子和磁力的最佳區域,而參宿四的質量是太陽的20倍,很可能就是「我們所說的軸子工廠」。

如果軸子在這種極端環境中產生,它們應該能夠大量地向外逃逸並流向地球,肖夢姣教授說:「通過與銀河系的自然磁場的相互作用,這些軸子可以轉換成為電磁波譜X射線部分的光子。」

參宿四是一顆處於生命階段晚期的恆星,不會釋放太多的X射線,因此從該恆星探測到任何此類輻射都可能表明軸子的存在。肖夢姣和同事使用美國宇航局「天基核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)」搜尋來自參宿四的X射線信號,盡管他們沒有觀察到任何超出普通天體物理過程預期的現象,例如:參宿四正在製造的少量X射線。4月20日,肖夢姣教授將這項最新研究報告發表在美國物理學會會議上,該發現表明光子和軸子相互作用的可能性比之前認為的至少低3倍。

由於恆星環境比在實驗室條件的背景干擾更大,通過天基望遠鏡搜尋星際信號是非常棘手的,美國麻省理工學院物理學家約書亞·福斯特稱,雖然我並未參與這項研究工作,但我一直努力探索銀河系中心恆星團釋放的軸子,肖夢姣的研究團隊正在努力量化軸子探測的不確定性,並對軸子的潛在特徵施加新的限制條件。

地球的一顆鄰近恆星可能是「暗物質工廠」

  來自ESO的甚大望遠鏡所顯示的圖像,不僅有恆星的盤面,還有以前不知道的被氣體圍繞著的煙羽伴隨著擴展的大氣層

即使研究人員觀察到來自某顆恆星釋放出乎意料的X射線,也不一定表明軸子是真實存在的。福斯特稱,在信號轉向新的物理學領域之前,科學家仍需要排除許多非暗物質的信號解釋。

肖夢姣教授指出,如果某一天我們發現軸子,那麼它們將有助於天文學家更好地洞察了解參宿四,如果知曉這些神秘粒子的真實性質,以參宿四作為研究對象的望遠鏡可能最終接收到它們的信號,從而觀察到參宿四內部發生的軸子製造過程,研究人員可能計算出參宿四真正爆炸的時間。(葉傾城)

來源:cnBeta