Свет от звезды HD 163296 проходит сквозь окружающий её газопылевой диск, как луч фонарика сквозь мутную воду. Частицы диска рассеивают свет, и он приобретает особое свойство — поляризацию: волны начинают колебаться в одной плоскости, словно верёвка, которую встряхивают строго вверх-вниз.
Если в пространстве между нами и звездой есть аксионоподобные частицы — лёгкие кандидаты в тёмную материю, — они могут слегка поворачивать плоскость поляризации, как вращает её сахарный сироп в известном опыте. Астрономы проверили архивные снимки диска в ближнем инфракрасном свете за шесть разных дат. Угол поляризации почти не менялся: разброс составил от 1,6 до 6,4 градуса, что в пределах ошибок измерения.
Такой разброс частично связан с тем, что диск плотный и свет внутри него рассеивается многократно, размывая исходный угол. Учёные впервые получили верхний предел на силу взаимодействия аксионоподобных частиц с фотонами по данным протопланетного диска: для массы частицы около 10⁻²² эВ связь слабее, чем 7,5 × 10⁻¹² ГэВ⁻¹. Если в будущем удастся измерять угол поляризации с точностью до 0,1 градуса, этот метод станет одним из самых чувствительных в мире.
Поляризация света от протопланетного диска меняется не только из-за тёмной материи: сам диск рассеивает свет так, что угол «гуляет» на несколько градусов. Поэтому искать сигнал аксионов — всё равно что слушать шёпот в шумном кафе.