在距离我们 2 亿光年的星系团中心，天文学家未能探测到被称为轴子的假设粒子。
这对我们如何相信这些粒子的工作方式提出了新的限制——但它也对，以及描述物理宇宙如何运作的万有理论的发展。
“直到最近，我还不知道 X 射线天文学家在弦理论方面带来了多少影响，但我们可以发挥重要作用，”英国剑桥大学天体物理学家克里斯托弗·雷诺兹说。
“如果这些粒子最终被检测到，它将永远改变物理学。”
当谈到理解宇宙如何运作时，我们开发了一些非常好的框架。一是，描述物理在宏观层面上如何运作。另一个是量子力学，它描述事物在原子和亚原子层面上的行为方式。
最大的问题是这两个框架之间的兼容性是众所周知的。广义相对论不能缩小到量子水平，量子力学也不能放大。为了让他们表现得更好，人们做了很多尝试，发展出了所谓的万有理论。
解决广义相对论和量子力学之间差异的最有希望的候选者之一是一种叫做弦理论的东西，其中涉及用微小的振动一维弦代替粒子物理学中的点状粒子。
此外，弦理论的许多模型都预测轴子的存在——轴子是 20 世纪 70 年代首次提出的超低质量粒子，旨在解决为什么强原子力会遵循所谓的“轴子”的现象。电荷宇称对称性，而大多数模型都说他们不需要。事实证明，弦理论还预测了大量行为类似轴子的粒子，称为类轴子粒子。
类轴子粒子的特性之一是它们在穿过磁场时可以转化为光子；相反，光子在穿过磁场时可以转化为轴子状粒子。这种可能性取决于一系列因素，包括磁场强度、行进距离和粒子质量。
这就是雷诺兹和他的团队发挥作用的地方。他们一直在使用钱德拉 X 射线天文台来研究一个名为“星系”的活跃核。NGC 1275它距离我们约 2.37 亿光年，位于英仙座星系团的中心。
他们八天的观察最终几乎没有告诉他们任何关于这个问题的信息。。但后来他们意识到这些数据可以用来寻找轴子状粒子。
“NGC1275 发出的 X 射线需要穿过英仙座星团的热气体，并且这种气体被磁化，”雷诺兹解释说。
“磁场相对较弱（比地球表面的磁场弱一万多倍），但X射线光子需要穿过这个磁场行进很长的距离。这意味着有足够的机会将这些光子转换为X射线光子。”光子转化为类轴子粒子（前提是类轴子粒子的质量足够低）。”
由于转换的概率取决于 X 射线光子的波长，因此观察结果应该会揭示出失真，因为某些波长的转换比其他波长更有效。团队花了大约一年的时间进行艰苦的工作，但最终没有发现这样的扭曲。
这意味着该团队可以在他们观测敏感的质量范围内排除轴子的存在——低至电子质量的十亿分之一。
“我们的研究并不排除这些粒子的存在，但这绝对对他们的情况没有帮助，”英国诺丁汉大学天文学家海伦·拉塞尔说道。
“这些约束深入探讨了弦理论所提出的属性范围，并可能帮助弦理论家剔除他们的理论。”
该研究发表于天体物理学杂志。
