La lumière de l'étoile HD 163296 traverse le disque de gaz et de poussière qui l'entoure, comme le faisceau d'une lampe de poche traverse une eau trouble. Les particules du disque diffusent la lumière, et celle-ci acquiert une propriété particulière — la polarisation : les ondes commencent à osciller dans un plan unique, comme une corde que l'on secoue strictement de haut en bas.
Si, dans l'espace entre nous et l'étoile, il existe des particules de type axion — de légères candidates à la matière noire — elles peuvent légèrement faire tourner le plan de polarisation, comme le fait le sirop de sucre dans une expérience bien connue. Les astronomes ont examiné des images d'archives du disque en lumière infrarouge proche à six dates différentes. L'angle de polarisation n'a presque pas changé : la dispersion variait de 1,6 à 6,4 degrés, ce qui reste dans les limites des erreurs de mesure.
Cette dispersion est en partie due au fait que le disque est dense et que la lumière y est diffusée de multiples fois, ce qui brouille l'angle initial. Pour la première fois, les scientifiques ont obtenu une limite supérieure sur la force de l'interaction des particules de type axion avec les photons à partir des données d'un disque protoplanétaire : pour une masse de particule d'environ 10⁻²² eV, le couplage est plus faible que 7,5 × 10⁻¹² GeV⁻¹. Si, à l'avenir, il est possible de mesurer l'angle de polarisation avec une précision de 0,1 degré, cette méthode deviendra l'une des plus sensibles au monde.
La polarisation de la lumière provenant d'un disque protoplanétaire ne varie pas seulement à cause de la matière noire : le disque lui-même diffuse la lumière de telle sorte que l'angle « se promène » de quelques degrés. Chercher un signal d'axions, c'est donc comme écouter un chuchotement dans un café bruyant.