NuSTAR помог установить рекордно жесткие пределы для аксионов
Международная группа исследователей представила новые ограничения на свойства аксионов — гипотетических частиц, которые могут объяснить природу темной материи. В работе, опубликованной на сервере препринтов arXiv, ученые использовали данные рентгеновской обсерватории NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) за 2020 год, когда активность Солнца была минимальной.
Аксионы могут рождаться в недрах звезд при взаимодействии тепловых фотонов, а также в процессах с участием электронов и нуклонов. Затем они способны превращаться обратно в фотоны в магнитном поле солнечной атмосферы, создавая слабый рентгеновский сигнал. Именно этот сигнал и искали авторы в наблюдениях NuSTAR.
В результате анализа данных получены верхние пределы на произведение констант связи аксион-электрон и аксион-фотон: gae·ga? ? 1,1?10?24 ГэВ?1 (95% доверительный уровень). Для эффективной аксион-нуклонной связи с фотоном порог составил gaNeff·ga? ? 2,3?10?19 ГэВ?1 при массе аксиона ниже 10?6 эВ.
Эти результаты существенно улучшают ограничения, полученные в наземных экспериментах, например, в установках CAST (CERN Axion Solar Telescope). Солнечные рентгеновские наблюдения, как показано в работе, становятся мощным инструментом для поиска аксионов.
Метод основан на том, что при нулевой фоновой активности Солнца (затишье между циклами) становится проще выделить слабый сигнал от превращений аксионов. NuSTAR, предназначенный для изучения космических рентгеновских источников, в данном случае выступил в роли «аксионного гелиоскопа».
Авторы подчеркивают, что их подход открывает путь для дальнейших экспериментов с использованием солнечных X-лучей — как на существующих телескопах, так и на будущих, более чувствительных инструментах.
