Крошечные невидимые пули прошивают Солнце насквозь, почти не замечая его вещества. Это аксионы — гипотетические частицы, настолько лёгкие и неуловимые, что их сравнивают с призраками. Физики предполагают, что в раскалённых недрах звезды тепловые фотоны (частицы света) могут превращаться в аксионы, а те, вылетев наружу, вновь становятся фотонами — но уже в рентгеновском диапазоне. Магнитное поле солнечной атмосферы работает как проявитель: если аксионы существуют, они оставят на рентгеновском снимке характерный след.
Астрономы взяли данные космического телескопа NuSTAR — прибора, который видит очень жёсткое рентгеновское излучение, как раз такое, какое могли бы породить аксионы. Наблюдения велись в 2020 году, когда Солнце было особенно тихим: минимум активности, мало пятен и вспышек. В такие периоды естественный рентгеновский фон минимален, и любое подозрительное свечение легче заметить. Но ничего лишнего найти не удалось — аксионы не проявились.
Этот отрицательный результат позволил вычислить верхние границы: насколько сильно аксион может быть связан с электронами, ядрами атомов и фотонами. Полученные числа — $g_{ae}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 1.1\times10^{-24}\,\mathrm{GeV}^{-1}$ и $g_{aN}^{\rm eff}\cdot g_{a\gamma}\lesssim 2.3\times 10^{-19}\,\mathrm{GeV}^{-1}$ — звучат как абракадабра, но за ними стоит простая идея. Если бы аксион цеплялся за обычное вещество сильнее, телескоп бы его увидел. Раз не увидел — значит, связь слабее этих чисел. Это самые жёсткие ограничения на сегодня, полученные не в лаборатории, а с помощью целой звезды.
как её написали авторы, на английском 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 — первый телескоп, способный фокусировать жёсткое рентгеновское излучение. Его зеркала покрыты особым многослойным покрытием, которое отражает фотоны с энергией до 79 кэВ — почти как в кабинете стоматолога, только смотрит он на далёкие галактики и Солнце.