物理学家可能发现了暗物质:围绕“壮丽7”的X射线可以是理论粒子的痕迹

XMM-Newton Space Telescope

XMM-Newton(X射线多镜子任务)太空望远镜的艺术渲染。来自XMM-Newton和Chandra X射线空间望远镜的档案数据的研究发现了附近的壮大七个中子恒星高水平的X射线排放的证据,这可能来自称为轴的假想颗粒。信用:D. Ducros;ESA / XMM-Newton,CC By-SA 3.0 IGO

研究人员表示,他们可能发现了理论轴的证据,并且可能是暗物质,在一组中子恒星周围。

A new study, led by a theoretical physicist at the U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), suggests that never-before-observed particles called axions may be the source of unexplained, high-energy X-ray emissions surrounding a group of neutron stars.

在20世纪70年代首次理论为基本粒子物理问题的解决方案的一部分,期望在恒星的核心处产生轴,并且在磁场存在下转化为可称为光子的光颗粒。

轴也可以构成暗物质 - 占估计宇宙总质量的85%的神秘的东西,但我们到目前为止只看到了对普通问题的引力影响。即使X射线过量掉落不到轴或暗物质,它仍然可以揭示新物理学。

一种中子恒星的集合,称为壮丽的7,提供了一个优异的试验台,用于可能存在轴轴,因为这些恒星具有强大的磁场,在数百个轻型历年内相对附近 - 并且仅产生低- X射线和紫外线。

“他们被称为”无聊“,在这种情况下,Benjamin Safdi表示是伯克利实验室物理分部理论集团的部门研究员的一件好事,在杂志上发表了一项研究,在学习期刊物理评论信,详细阐述了这种过剩的轴子解释。

Christopher Dessert是一家伯克利实验室物理分部联盟,对该研究的贡献巨大贡献,该研究也曾在密歇根大学UC Berkeley的研究人员参加,普林斯顿大学和明尼苏达大学。

如果这些中子星属于脉冲星,它们的表面就会很活跃,发出不同波长的辐射。萨夫迪指出,这种辐射会出现在整个电磁光谱中,可能会淹没研究人员发现的x射线信号,或者会产生无线电频率信号。但是,壮观7号并不是脉冲星,也没有探测到这样的无线电信号。萨夫迪说,其他常见的天体物理学解释似乎也不能支撑观测结果。

If the X-ray excess detected around the Magnificent 7 is generated from an object or objects hiding out behind the neutron stars, that likely would have shown up in the datasets that researchers are using from two space satellites: the European Space Agency’s XMM-Newton and美国宇航局'Chandra X射线望远镜。

Safdi和合作者说仍然很有可能一个新的non-axion解释出现占多余观测到的x射线,但他们仍然希望这样一个解释之外的粒子物理的标准模型,并建立新的地基和空基观测实验将证实高能x射线信号的起源。

“我们非常有信心这种过剩存在,非常有信心在这种多余的中有一些新的东西,”Safdi说。“如果我们100%确定我们所看到的是一个新的粒子,那将是巨大的。这将是物理学的革命性。“他说,即使发现不与新的粒子或暗物质相关联,他说:“它会告诉我们这么多关于我们的宇宙,并且会有很多学习。”

Raymond Co, a University of Minnesota postdoctoral researcher who collaborated in the study, said, “We’re not claiming that we’ve made the discovery of the axion yet, but we’re saying that the extra X-ray photons can be explained by axions. It is an exciting discovery of the excess in the X-ray photons, and it’s an exciting possibility that’s already consistent with our interpretation of axions.”

如果存在轴,则预计将像恒星中的中微子一样表现出很大的表现,因为两者都有很小的群众,只有很少而且与其他物质相互作用。它们可以在恒星内部生产。被称为中子的不带电颗粒在中子恒星内移动,偶尔通过彼此散射并释放中微子或可能是轴的相互作用。中微子发光过程是中子恒星随着时间的推移冷却的主要方式。

像中微子一样,轴可以能够在星外行驶。宏伟的7星宽敞的强磁场 - 比可以在地球上生产的磁场更强的数十亿次 - 可能导致出去轴转换为光线。

中子星是非常奇特的物体,Safdi指出,大量的建模、数据分析和理论工作进入了最新的研究。在最近的研究中,研究人员大量使用了被称为伯克利实验室的劳伦斯集群的超级计算机库。

其中一些工作是在萨夫迪以前工作的密歇根大学进行的。“如果没有密歇根大学和伯克利大学的高性能超级计算工作,这一切都不可能实现,”他说。

“有很多数据处理和数据分析进入了这一点。你必须建模一个内部中子星为了预测该恒星内部应该产生多少轴。“

SAFDI指出,作为这项研究的下一步,白矮星恒星将是寻找轴子的最佳地点,因为它们也有非常强的磁场,并且被认为是“无x射线的环境”。

“这开始非常引人注目,如果我们看到那里的X射线过量,这也是超出标准模型的东西。”他说。

研究人员还可以参加另一个名为Nustar的X射线空间望远镜,帮助解决X射线过度的谜团。

萨夫迪说,他也对地面试验感到兴奋,如CAST atc作为太阳望远镜操作,以检测由强磁铁转换成X射线的轴,以及德国的阿尔卑斯山II,这将使用强大的磁场来使轴变为屏障的一侧的光颗粒作为激光器光线撞击了屏障的另一边。

由于一系列实验未能提高WIMP的迹象并且轴的图片不是那么简单 - 它实际上可以成为一个家庭专辑。

可以有数百个轴状颗粒或阿尔卑斯山,其构成暗物质,串理论 - 用于描述宇宙力的候选理论 - 持有许多类型的阿尔卑斯族的可能存在。

参考:“通过Malte Buschmann,Raymond T.Co,Christopher Dessert和Benjamin R. Safdi,2011年1月12日,发射可以解释附近孤立的中子恒星的新硬X射线超出来自附近的孤立的中子恒星物理评论信
DOI:10.1103 / physrevlett.126.021102

该研究得到了美国能源部职业研究计划的支持;先进的研究计算和密歇根大学的Leinweber毕业生奖学金,安娜堡;国家科学基金会;卓越普遍群体的主席理论物理学研究所(MITP)Prisma +;DFG卓越群体的慕尼黑谐波和粒子物理研究所(MIAPP)起源;和Cern理论部门。

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