天文学家使用美国宇航局的钱德拉x射线太空望远镜测试弦理论

天文学家已经探测了英仙座星系团，以寻找一种(迄今为止)未被发现的粒子，它将有助于支持弦理论。

弦理论认为所有已知的力、粒子和相互作用都可以通过一个单一的框架联系起来，从而理解物理宇宙。一组天文学家利用美国国家航空航天局的钱德拉x射线天文台研究了星系团——宇宙中由重力聚集在一起的最大结构——寻找一种被称为轴子的超低质量粒子的迹象，许多弦理论模型预测这种粒子应该存在。

“虽然在像星系团这样的巨大结构中寻找像轴子这样的微小粒子听起来是一件不太可能的事，但它们实际上是很值得寻找的地方，”来自瑞典斯德哥尔摩大学的这项研究的合著者戴维·马什(David Marsh)在钱德拉x射线天文台发表的一份声明中说。

美国宇航局钱德拉x射线天文台拍摄的英仙座星系团。科学家们研究了这个星系团，寻找超低质量粒子的迹象，这将有助于支持弦理论。(图片来源:美国国家航空航天局科学家/大学。剑桥/ C。雷诺兹等)

人们认为轴子粒子的质量低得令人难以置信，从电子质量的百万分之一到零质量不等。根据声明，该团队还寻找了“类轴粒子”的迹象，这是一类更广泛的超低质量粒子，与轴子具有类似的性质。

此外，当这些超低质量的粒子穿过磁场时，它们有时会转换成光子——构成光的粒子。反过来，在某些条件下，光子也可以转换成轴子。根据声明，这两种情况都取决于粒子的质量和它们进行转换的容易程度，也被称为可兑换性。

作为这项新研究的一部分，天文学家使用钱德拉太空望远镜研究了英仙座星系团中心的超大质量黑洞物质下落所产生的x射线辐射光谱。

马什在声明中说:“星系团在很远的地方都有磁场，它们通常还含有明亮的x射线源。”“这些特性加在一起，提高了轴向类粒子转换可被探测到的可能性。”

然而，根据声明，该团队并没有检测到x射线辐射中任何可能表明轴状粒子存在的畸变。

“我们的研究并没有排除这些粒子的存在，但这肯定对他们的情况没有帮助，”来自英国诺丁汉大学的这项研究的合著者海伦·罗素在声明中说。“这些约束挖掘了弦理论提出的属性范围，可能会帮助弦理论家淘汰他们的理论。”

研究人员说，对这些近期观测结果的一种可能解释是，这些粒子的可兑换性比钱德拉太空望远镜所能探测到的要低或高。

英国剑桥大学的克里斯托弗·雷诺兹是这项研究的第一作者，他在声明中说:“直到最近，我还不知道天文学家在弦理论方面到底能贡献多少x射线，但我们可以发挥重要作用。”“如果这些粒子最终被探测到，它将永远改变物理学。”

他们的发现发表在2月10日的《天体物理学杂志》上。

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