在距離我們 2 億光年的星系團中心，天文學家未能偵測到被稱為軸子的假設粒子。
這對我們如何相信這些粒子的工作方式提出了新的限制——但它也對，以及描述物理宇宙如何運作的萬有理論的發展。
「直到最近，我還不知道 X 射線天文學家在弦理論方面帶來了多少影響，但我們可以發揮重要作用，”英國劍橋大學天文物理學家克里斯多福雷諾茲說。
“如果這些粒子最終被檢測到，它將永遠改變物理學。”
當談到理解宇宙如何運作時，我們發展了一些非常好的框架。 一是，描述物理學在宏觀層面上如何運作。 另一個是量子力學，它描述事物在原子和亞原子層面上的行為。
最大的問題是這兩個框架之間的兼容性是眾所周知的。 廣義相對論不能縮小到量子水平，量子力學也不能放大。 為了讓他們表現得更好，人們做了很多嘗試，發展出了所謂的萬有理論。
解決廣義相對論和量子力學之間差異的最有希望的候選者之一是一種叫做弦理論的東西，其中涉及用微小的振動一維弦代替粒子物理學中的點狀粒子。
此外，弦理論的許多模型都預測軸子的存在——軸子是 20 世紀 70 年代首次提出的超低質量粒子，旨在解決為什麼強原子力會遵循所謂的「軸子」的現象。電荷宇稱對稱性，而大多數模型都說他們不需要。 事實證明，弦理論也預測了大量行為類似軸子的粒子，稱為類軸子粒子。
類軸子粒子的特性之一是它們在穿過磁場時可以轉化為光子； 相反，光子在穿過磁場時可以轉化為軸子狀粒子。 這種可能性取決於一系列因素，包括磁場強度、行進距離和粒子質量。
這就是雷諾茲和他的團隊發揮作用的地方。NGC 1275它距離我們約 2.37 億光年，位於英仙座星系團的中心。
他們八天的觀察最終幾乎沒有告訴他們任何關於這個問題的資訊。。 但後來他們意識到這些數據可以用來尋找軸子狀粒子。
“NGC1275 發出的 X 射線需要穿過英仙座星團的熱氣體，並且這種氣體被磁化，”雷諾茲解釋說。
「磁場相對較弱（比地球表面的磁場弱一萬多倍），但X射線光子需要穿過這個磁場行進很長的距離。這意味著有足夠的機會將這些光子轉換為X射線光子。”光子轉化為類軸子粒子（前提是類軸子粒子的質量夠低）。
由於轉換的機率取決於 X 射線光子的波長，因此觀察結果應該會揭示失真，因為某些波長的轉換比其他波長更有效。 團隊花了大約一年的時間進行艱苦的工作，但最終沒有發現這樣的扭曲。
這意味著該團隊可以在他們觀測敏感的品質範圍內排除軸子的存在——低至電子品質的十億分之一。
“我們的研究並不排除這些粒子的存在，但這絕對對他們的情況沒有幫助，”英國諾丁漢大學天文學家海倫‧拉塞爾說道。
「這些限制深入探討了弦理論所提出的屬性範圍，並可能幫助弦理論家剔除他們的理論。」
該研究發表於天體物理學雜誌。
