De minuscules balles invisibles traversent le Soleil de part en part, sans presque remarquer sa matière. Ce sont les axions — des particules hypothétiques si légères et insaisissables qu'on les compare à des fantômes. Les physiciens supposent que dans les entrailles brûlantes de l'étoile, les photons thermiques (particules de lumière) peuvent se transformer en axions, et que ceux-ci, en s'échappant, redeviennent des photons — mais dans le domaine des rayons X. Le champ magnétique de l'atmosphère solaire agit comme un révélateur : si les axions existent, ils laisseront une trace caractéristique sur l'image radiographique.
Les astronomes ont utilisé les données du télescope spatial NuSTAR — un instrument qui voit des rayons X très durs, exactement ceux que les axions pourraient produire. Les observations ont été faites en 2020, lorsque le Soleil était particulièrement calme : minimum d'activité, peu de taches et d'éruptions. Pendant ces périodes, le fond de rayons X naturel est minimal, et toute lueur suspecte est plus facile à repérer. Mais rien d'extra n'a été trouvé — les axions ne se sont pas manifestés.
Ce résultat négatif a permis de calculer des limites supérieures : à quel point l'axion peut être lié aux électrons, aux noyaux atomiques et aux photons. Les nombres obtenus — $g_{ae}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 1.1\times10^{-24}\,\mathrm{GeV}^{-1}$ et $g_{aN}^{\rm eff}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 2.3\times 10^{-19}\,\mathrm{GeV}^{-1}$ — ressemblent à de l'abracadabra, mais derrière eux se cache une idée simple. Si l'axion s'accrochait plus fortement à la matière ordinaire, le télescope l'aurait vu. Puisqu'il ne l'a pas vu, cela signifie que le couplage est plus faible que ces nombres. Ce sont les limites les plus strictes à ce jour, obtenues non pas en laboratoire, mais grâce à une étoile entière.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais 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 est le premier télescope capable de focaliser les rayons X durs. Ses miroirs sont recouverts d'un revêtement multicouche spécial qui réfléchit les photons d'énergie allant jusqu'à 79 keV — presque comme dans un cabinet dentaire, mais il observe des galaxies lointaines et le Soleil.