北京時(shí)間 4 月 26 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，近年來(lái)，科學(xué)家搜尋來(lái)自參宿四的假想軸子流的過(guò)程一無(wú)所獲，但該過(guò)程卻幫助物理學(xué)家對(duì)該恒星產(chǎn)生新的認(rèn)知 —— 這顆距離地球最近的恒星可能是一個(gè)“暗物質(zhì)工廠”。
在巨大紅色恒星參宿四內(nèi)部深處可能正在制造數(shù)噸重的假想暗物質(zhì)粒子 —— 軸子，如果軸子真實(shí)存在，將是一個(gè)非常重要的信號(hào)。近年來(lái)，雖然科學(xué)家搜尋軸子沒(méi)有進(jìn)展，但該過(guò)程卻有助于物理學(xué)家對(duì)假定軸子的屬性設(shè)定了新的限制。
參宿四在獵戶星座中呈現(xiàn)為一個(gè)亮紅點(diǎn)，科學(xué)家對(duì)該恒星展開(kāi)了深入勘測(cè)分析，它也是距離地球最近的恒星之一，與地球相距大約 520 光年，2020 年，這顆恒星開(kāi)始神秘地變暗，使部分研究人員認(rèn)為它可能準(zhǔn)備爆炸成為超新星，從而成為天文學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。
▲ 透過(guò) ALMA 于 2017 年 6 月拍攝到的參宿四，這是迄今分辨率最高的太陽(yáng)系外恒星照片，也是 ALMA 首度清楚觀測(cè)到恒星表面
由于參宿四是一顆龐大、灼熱的恒星，可能也是發(fā)現(xiàn)軸子的最佳區(qū)域，研究人員推測(cè)軸子的質(zhì)量可能僅是電子的百萬(wàn)分之一，甚至十億分之一，它們是構(gòu)成暗物質(zhì)的“理想候選者”，暗物質(zhì)是一種神秘物質(zhì)，其數(shù)量遠(yuǎn)超過(guò)宇宙中的普通物質(zhì)，但其本質(zhì)屬性在很大程度上仍不確定。
美國(guó)麻省理工學(xué)院物理學(xué)家肖夢(mèng)姣（音譯）稱，軸子作為一種假想的暗物質(zhì)，它不會(huì)與發(fā)光粒子發(fā)生交互反應(yīng)，但依據(jù)某些理論，在強(qiáng)磁場(chǎng)存在下的光子（或叫光粒子）可以反復(fù)轉(zhuǎn)換成為軸子，這是一個(gè)小概率事件。恒星的熱核是發(fā)現(xiàn)大量光子和磁力的最佳區(qū)域，而參宿四的質(zhì)量是太陽(yáng)的 20 倍，很可能就是“我們所說(shuō)的軸子工廠”。
如果軸子在這種極端環(huán)境中產(chǎn)生，它們應(yīng)該能夠大量地向外逃逸并流向地球，肖夢(mèng)姣教授說(shuō)：“通過(guò)與銀河系的自然磁場(chǎng)的相互作用，這些軸子可以轉(zhuǎn)換成為電磁波譜 X 射線部分的光子?！?/p>
參宿四是一顆處于生命階段晚期的恒星，不會(huì)釋放太多的 X 射線，因此從該恒星探測(cè)到任何此類輻射都可能表明軸子的存在。肖夢(mèng)姣和同事使用美國(guó)宇航局“天基核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列（NuSTAR）”搜尋來(lái)自參宿四的 X 射線信號(hào)，盡管他們沒(méi)有觀察到任何超出普通天體物理過(guò)程預(yù)期的現(xiàn)象，例如：參宿四正在制造的少量 X 射線。4 月 20 日，肖夢(mèng)姣教授將這項(xiàng)最新研究報(bào)告發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上，該發(fā)現(xiàn)表明光子和軸子相互作用的可能性比之前認(rèn)為的至少低 3 倍。
由于恒星環(huán)境比在實(shí)驗(yàn)室條件的背景干擾更大，通過(guò)天基望遠(yuǎn)鏡搜尋星際信號(hào)是非常棘手的，美國(guó)麻省理工學(xué)院物理學(xué)家約書(shū)亞?福斯特稱，雖然我并未參與這項(xiàng)研究工作，但我一直努力探索銀河系中心恒星團(tuán)釋放的軸子，肖夢(mèng)姣的研究團(tuán)隊(duì)正在努力量化軸子探測(cè)的不確定性，并對(duì)軸子的潛在特征施加新的限制條件。
▲ 來(lái)自 ESO 的甚大望遠(yuǎn)鏡所顯示的圖像，不僅有恒星的盤(pán)面，還有以前不知道的被氣體圍繞著的煙羽伴隨著擴(kuò)展的大氣層
即使研究人員觀察到來(lái)自某顆恒星釋放出乎意料的 X 射線，也不一定表明軸子是真實(shí)存在的。福斯特稱，在信號(hào)轉(zhuǎn)向新的物理學(xué)領(lǐng)域之前，科學(xué)家仍需要排除許多非暗物質(zhì)的信號(hào)解釋。
肖夢(mèng)姣教授指出，如果某一天我們發(fā)現(xiàn)軸子，那么它們將有助于天文學(xué)家更好地洞察了解參宿四，如果知曉這些神秘粒子的真實(shí)性質(zhì)，以參宿四作為研究對(duì)象的望遠(yuǎn)鏡可能最終接收到它們的信號(hào)，從而觀察到參宿四內(nèi)部發(fā)生的軸子制造過(guò)程，研究人員可能計(jì)算出參宿四真正爆炸的時(shí)間。
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