رصاصات صغيرة غير مرئية تخترق الشمس من جانب إلى آخر، دون أن تكاد تلاحظ مادتها. هذه هي الأكسيونات – جسيمات افتراضية خفيفة جدًا ومراوغة لدرجة أنها تُشبَّه بالأشباح. يفترض الفيزيائيون أنه في أعماق النجم الحارة يمكن للفوتونات الحرارية (جسيمات الضوء) أن تتحول إلى أكسيونات، وهذه الأخيرة عند خروجها إلى الخارج تعود لتتحول إلى فوتونات – لكن في نطاق الأشعة السينية. يعمل المجال المغناطيسي للغلاف الجوي الشمسي كمُظهر للصورة: إذا كانت الأكسيونات موجودة، فإنها ستترك أثرًا مميزًا في صورة الأشعة السينية.
أخذ علماء الفلك بيانات من التلسكوب الفضائي NuSTAR – وهو جهاز يرى أشعة سينية شديدة الصلابة، وهي بالضبط ما قد تنتجه الأكسيونات. أجريت الملاحظات في عام 2020 عندما كانت الشمس هادئة بشكل خاص: أدنى نشاط، وقليل من البقع والتوهجات. في مثل هذه الفترات يكون الخلفية الطبيعية للأشعة السينية في أدنى مستوياتها، ومن الأسهل ملاحظة أي توهج مشبوه. لكن لم يُعثر على أي شيء إضافي – لم تظهر الأكسيونات.
هذه النتيجة السلبية سمحت بحساب الحدود العليا: إلى أي مدى يمكن أن يكون الأكسيون مرتبطًا بالإلكترونات ونوى الذرات والفوتونات. الأرقام التي تم الحصول عليها – $g_{ae}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 1.1\times10^{-24}\,\mathrm{GeV}^{-1}$ و $g_{aN}^{\rm eff}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 2.3\times 10^{-19}\,\mathrm{GeV}^{-1}$ – تبدو وكأنها طلاسم، لكن خلفها فكرة بسيطة. لو كان الأكسيون يتعلق بالمادة العادية بقوة أكبر، لرآه التلسكوب. وبما أنه لم يُرَ، فالتفاعل أضعف من هذه الأرقام. هذه هي أشد القيود حتى اليوم، والتي لم تُحصل في مختبر، بل بمساعدة نجم بأكمله.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2605.26265
We investigate solar X-ray observations as a probe of axions and axion-like particles. These particles can be produced in the interior of the Sun via the conversion of thermal photons, as well as through processes involving axion-electron and axion-nucleon interactions. The resulting axions can then reconvert into photons in the Sun's atmospheric magnetic field, generating a signal in the X-ray energy range. In this work, we derive new limits on axions using X-ray observations with the Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) during the 2020 solar minimum. In the regime where ALP production is dominated by couplings to electrons or nucleons, we obtain bounds on the product of couplings $$g_{ae}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 1.1\times10^{-24}\,\rm GeV^{-1}$$ and $$g_{aN}^{\rm eff}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 2.3\times 10^{-19}\,\rm GeV^{-1}$$ at 95% CL, for axion masses $$m_a\lesssim10^{-6}\,\rm eV$$. These constraints strongly improve current ground-based experimental limits, establishing solar X-ray observations as a powerful and robust method for axion searches.
NuSTAR هو أول تلسكوب قادر على تركيز الأشعة السينية الصلبة. مراياه مغطاة بطبقات متعددة خاصة تعكس الفوتونات بطاقة تصل إلى 79 كيلو إلكترون فولت – تقريبًا كما في عيادة طبيب الأسنان، لكنه ينظر إلى المجرات البعيدة والشمس.