在我們生活的搜尋宇宙中，遍布著行星、暗物恒星、質的再次星系......這些物體都是結果由我們所熟悉的粒子（比如電子和質子）構成的。然而，為零大量的搜尋天文觀測表明，宇宙中遠不止只有這些物質，暗物理論上，質的再次還應該存在著數量遠超過這些普通物質的結果暗物質。但物理學家至今仍然不知道暗物質的為零本質究竟是什么。

大多數人認為，搜尋暗物質或許是暗物由未被發現的粒子組成的。其中一個熱門的質的再次假想粒子被稱為軸子。根據理論預測，結果軸子的為零質量比電子還要輕上很多，它們像幽靈般幾乎不與普通物質發生任何相互作用。如果軸子確實存在，那么它們很可能會在一些極端環境中的產生。但迄今為止，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，都是根據軸子作為一種被稱為普里馬科夫效應的產物而設計的。普里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，在通常情況下，軸子不會與光子相互作用（這很符合暗物質的特性），然而普里馬可夫效應預測，當光子受到強磁場的影響時（比如在恒星內核），就可能會變形為軸子。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系磁場時，就會短暫地轉變光子，并可能產生可被探測到的X射線。

因此，一些科學家試圖利用這個過程來尋找軸子，并將太陽等恒星列為研究對象。不過，太陽并非進行這項探測的優質對象。因為太陽有耀斑，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，它很快會燃燒成為超新星。從這點來看，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生軸子。另外，根據恒星天體物理學來看，現在的參宿四所處的溫度水平和生命階段，是不會發射出X射線的。因此如果軸子確實存在，并且被噴射出來與磁場相遇，那么就有可能產生能被探測到的X射線信號。如此一來，發現由參宿四所釋放出的X射線就將是成為軸子存在的一個確鑿信號。

核分光望遠鏡陣（NuSTAR）是一個聚焦由天體產生的高能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。在獲取了大量數據后，研究人員進行了一系列模擬。他們根據參宿四與地球之間的磁場強度，在模擬中探究了軸子可能的質量范圍，以及軸子與光子發生“耦合”并重新轉換成光子的可能性范圍。如此一來，如果參宿四真的噴射出了軸子，就能預測可能會看到的X射線信號將會是什么樣子。

然而，當他們在數據中尋找這些信號時，卻并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，但并不能說一無所獲。根據這次研究所設置的條件范圍，新的“零結果”帶來了很多有價值的正面信息，比如它排除了能在很大能量范圍內與光子發生相互作用的超輕軸子的存在的可能性，并且為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，那么軸子與光子耦合并發射出可探測X射線的可能性應該比現在認為的更低。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，零結果并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，如果真的產生了軸子，那么我們將看到的會是伽馬射線，而不是X射線，屆時或許將能產生更多的新洞見。并且即使在一顆恒星爆炸時沒能觀測到軸子，那么也將在軸子與光子的耦合問題上設定更加嚴格的約束。

#創作團隊：

編譯：不二北斗

#參考來源：

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

//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