事件視界望遠鏡的M87黑洞觀測數據排除特定質量範圍內軸子粒子的可能性

隸屬於中國多個機構和兩個德國機構的一組研究人員發現，事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope，一個全球性的射電望遠鏡網絡）的數據排除M87黑洞周圍特定質量範圍內軸子（axion，是一種假想的亞原子）粒子的可能性。該小組描述他們對最近從事件視界望遠鏡獲得的數據的分析，以及它顯示的偏振方向隨時間變化的變化。

軸子最早是在 1970 年代提出的，以解釋為什麼宇宙中的反物質如此之少。這些粒子理論上認為是暗物質的一部分。不幸的是，沒有人能夠證明它們的存在。相反，物理學家繼續尋找它們存在的間接證據。在這項新的研究中，研究人員研究另一種理論觀點，認為軸子應該在黑洞周圍的雲層中形成。直到最近，科學家才能夠檢驗這一理論，因為他們還沒有從黑洞發出的偏振光圖像。去年，當事件視界望遠鏡捕捉到M87黑洞的圖像，並發佈供其他研究人員使用時，情況發生變化。

理論顯示，黑洞周圍雲中的軸子應該改變來自雲的那部分的光的偏振，因此應該有一個擺動。這項新工作的研究人員分析來自事件視界望遠鏡數據，尋找這樣的擺動。但要做到這一點，他們必須過濾掉其它可能導致擺動的材料。一旦完成，他們發現剩餘的一點擺動排除雲中超輕軸子的可能性。他們使用的技術也可以應用於尋找其它黑洞周圍的類軸子粒子，例如位於銀河系中心的那個黑洞，恰好是事件視界望遠鏡即將到來的目標之一。

【圖：自然-天文學；文：節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在2022年3月17日出版的《自然-天文學》期刊；標題是：Stringent axion constraints with Event Horizon Telescope polarimetric measurements of M87*