可能發現假想暗物質粒子「軸子」，關鍵為中子星集團的神祕過量輻射

粒子物理學家長期以來一直在尋找的假想暗物質粒子「軸子」，很可能就藏在「Magnificent Seven」這個中子星集團的過量 X 射線輻射中。

宇宙中有各種能組成普通物質的粒子，最常見的是質子、中子與電子，它們在某些環境下會相互碰撞，比如恆星內部或地球上的人造粒子加速器中。但宇宙中更多的是構成暗物質的不可見粒子，透過普朗克衛星數據得知，整個宇宙中常規物質僅占 4.9%，暗物質占了 26.8%，另外 68.3% 則為暗能量。

只不過暗物質不與電磁力產生作用，也就是說它們很少與其他粒子碰撞，只能透過重力效應略之一二，科學家認為暗物質可能是一種（或幾種）粒子物理標準模型以外的新粒子，幾種比較熱門的假想暗物質粒子有：軸子（axion，未探測到）、大質量弱交互作用粒子（WIMP，未探測到）以及微中子（Neutrino，已探測到）。

從理論與實驗來看，軸子一直是高能粒子物理學的主要尋找目標之一，科學家相信軸子可以存在宇宙任何地方，但它們與普通粒子的相互作用不強，因此我們至今都還沒有找到任何證據。

一個中子星集團出現過量 X 射線輻射

2019 年時，美國密西根大學團隊觀察到被暱稱為「絕地 7 武士（the Magnificent Seven）」的中子星集團中，X 射線輻射莫名其妙增加，如果這些中子星屬於脈衝星，應該會發出整個電磁波譜都能觀測到的輻射，且可能淹沒 X 射線特徵，但分析結果確認這些中子星都很「典型」，既不是脈衝星，更沒有發出無線電波。

研究人員試著對此作出各種解釋，比如這個中子星集團附近可能藏有其他天體，然而若是這樣，其他天體應該也會出現在 ESA 的 XMM-牛頓衛星或 NASA 的錢卓拉 X 射線望遠鏡數據中──但是沒有；此外，中子星發出的應是低能量 X 射線（軟 X 射線，註），但科學家觀測到的卻是硬 X 射線。

現在，由勞倫斯柏克萊國家實驗室領導的團隊針對此發現進一步提出推測，認為這些額外 X 射線很可能是由中子星核心所產生的軸子引起。

已知中子星表面的中子會經歷 β 衰變轉為電子、質子與微中子，不過根據理論，中子星核心的中子與質子碰撞可能產生軸子這種副產物，它們從核心被射出到外部強磁場並被轉換成光子，研究團隊認為，由於從軸子衰變的光子能量比其他光子還要多，可能因此導致中子星集團的 X 射線輻射出乎意料增加。

勞倫斯柏克萊國家科學家 Benjamin Safdi 表示，雖然還不敢說一定發現了軸子，但他們非常有信心過量 X 射線中一定有新東西，如果能確定新粒子，那將掀起物理學的巨大革命。

團隊接下來目標放在同樣具有強磁場的白矮星。如果也能在白矮星找到這種過量 X 射線，軸子存在其中的說法就會更加令人信服。新論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

註：在 X 射線中，波長短於 0.2~0.1 奈米的叫硬 X 射線，波長略大者稱為軟 X 射線。硬 X 射線與伽馬射線中波長較長的部分重疊，因此二者區別在於輻射源而不是波長：X 射線光子產生於高能電子加速，伽馬射線則來源於原子核衰變。

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（首圖來源：pixabay）