最明亮的太空爆炸可能隐藏着难以捉摸的暗物质粒子

2022年10月，科学家探测到24亿光年外一颗恒星的爆炸死亡，这颗恒星比以往任何记录都要亮。

当这颗恒星的核心坍缩成一个黑洞时，这颗恒星发出的伽马射线爆发 —— 一个名为GRB 221009A的事件 —— 爆发的能量高达18太电子伏特。伽马射线暴已经是我们的宇宙所能产生的最明亮的爆炸；但GRB 221009A绝对打破了记录，为它赢得了“BOAT”的绰号 —— 有史以来最亮的。

然而，意大利国家天体物理研究所（INAF）的乔治·加兰蒂（Giorgio Galanti）领导的一个天体物理学家小组认为，这幅照片有问题。基于宇宙的尖端模型，我们不应该在进行探测的大型高空空气簇射天文台（LHAASO）的数据中看到比10太电子伏特更强大的光子。

从24亿光年远的地方，能量高于10太电子伏的光子应该会被星系之间微弱的光（即所谓的河外背景光）中其他高能光子的相互作用所强烈吸收。

那现在怎么办？如果类轴子粒子 —— 正如弦理论所预测的那样，构成宇宙中大部分质量的神秘暗物质的主要候选者之一 —— 进入其中，整个混乱就会消失。

最近的分析发表在2024年3月的第58届Rencontres de Moriond会议上，现在可以在预印本服务器arXiv上获得。

研究小组在他们的论文中写道：“我们表明，如果我们引入光子与轴子样粒子（ALPs）的相互作用，这个问题就解决了。”

“ALP是由弦理论预测的，是暗物质的最佳候选者之一，在存在外部磁场的情况下，可以对天体物理源产生光谱和偏振效应。

“特别是，对于GRB 221009A，光子-轴子样粒子振荡发生在交叉磁化介质中，即宿主星系，河外空间，银河系，部分减少了河外背景光的吸收，这解释了LHAASO探测到GRB 221009A及其观测到的光谱。”

暗物质是我们对宇宙最大的疑问之一。一旦我们考虑到所有的正常物质 —— 恒星、气体、黑洞、星系、岩石、尘埃，以及任何我们可以直接探测到的东西 —— 剩下的引力就太多了。无论产生引力的是什么，它都比普通物质多得多。高达85%的宇宙质量是暗物质。

我们不知道暗物质是什么，但有很多可能的候选者。轴子是一个领先的竞争者。这些假设的粒子被认为行为有点像中微子，因为它们不与正常物质相互作用，这使得它们很难被探测到。然而，据预测，它们的行为也会像暗物质一样，所以天体物理学家渴望找到它们存在的证据。

加兰蒂和他的同事们之前已经在遥远的耀变体中发现了类似轴子的粒子的证据，耀变体是非常活跃的星系，发出明亮的光。但是，有史以来最亮的伽马射线爆炸代表了一个寻找轴子的新实验室。

根据最近的一种星系外背景光模型，穿越很远距离的高能伽马射线光子与背景光的相互作用非常强烈，以至于它无法到达我们。根据研究人员的计算，光子和轴子之间的相互作用应该会使星系间空间对高能光更加透明。

因此，研究人员说，LHAASO能够探测到高达18太电子伏的光子，这可能是第一次间接探测到轴子。

这个结论在得到证实之前还需要做更多的工作，尤其是在其他一些研究一无所获的情况下。但我们还有其他地方可以看；特别是，中子星可能以极快的速度泵出轴子。

该团队的研究可以在arXiv上找到。

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