星系的引力透镜图像
NASA/ESA/STSci
越来越多的证据表明存在一种称为轴子的超轻暗物质粒子。 对被星系扭曲的光的研究表明，轴子暗物质比弱相互作用大质量粒子 (WIMP) 更能解释它，后者长期以来一直是暗物质的主要候选者。
由于其引力效应，研究人员相当确定暗物质的存在，但迄今为止，所有直接探测任何暗物质粒子的努力都失败了。 阿姆鲁斯·阿尔弗雷德 在香港大学，他和他的同事通过检查一种称为引力透镜的效应，对暗物质进行了另一种间接观察。 这是来自远处物体的光被相对较近的星系的引力场扭曲和放大的地方，在所谓的爱因斯坦环中产生了附近星系周围背景物体的几幅图像。
星系预计会被暗物质的光环包围，因此暗物质的特性应该会影响光的拉伸方式。 轴子的质量比 WIMP 小很多个数量级，因此它们的行为预计会有所不同——虽然 WIMP 的行为类似于标准粒子，但轴子非常轻，量子效应应该使它们的行为更像波。
因此，如果引力透镜中的前景星系被轴子包围，我们预计这会影响背景星系在被透镜化后的图像。 “如果你有一个有波浪的水池，你在里面放了一块石头，当你看着石头时，你就能看到波浪的振荡，”说 拉齐埃马米 在马萨诸塞州的哈佛 – 史密森尼天体物理学中心，他是研究团队的一员。 “在这些观察中，这些波结构将直接转化为透镜图像的位置及其亮度。”
我们知道我们在引力透镜和 WIMP 模型中看到的模式之间存在异常，但研究人员发现，当 WIMP 模型切换为轴子模型时，这些异常消失了。 他们还在真实的透镜系统上测试了模型，发现轴子模型拟合得更好。
“由于暗物质仅通过引力（在某些模型中可能是弱力）相互作用，因此这是可以用来研究暗物质性质的更纯粹的测试之一，”阿尔弗雷德说。 “波状暗物质……经得起我们对其的审查。”
这对轴子来说是个好消息，几十年来，轴子一直被 WIMP 暗物质候选者所掩盖。 Emami 说：“引力透镜的观测结果确实使尺度从较重的粒子向较轻的粒子倾斜。” “到目前为止，对这种现象没有其他解释。”
“我不认为这算作超轻轴子存在的证据，但这是一个令人信服的结果，”说 Chanda Prescod-Weinstein 在新罕布什尔大学，他没有参与这项工作。 “它提供了进一步的证据，证明轴子作为一类暗物质候选者是引人注目的。”
为探测 WIMP 付出了巨大的努力，但不幸的是，这项工作是轴子和其他尚未被彻底探索的暗物质候选者复兴的一部分。 “轴子代表了粒子物理学标准模型最简单的扩展之一，而且它们的大部分可能的搜索空间尚未被探索，”说 宰世洪， 同样在哈佛-史密森尼天体物理学中心工作，但没有参与这项工作。 “换句话说，相对于为 WIMP 等其他候选人所做的事情，还有一些唾手可得的果实等待采摘。”
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