轴子衰变是否是过度宇宙光学背景的基础

宇宙光学背景(COB)是银河系以外所有光源发出的可见光。这种微弱的光只能使用非常精确和精密的望远镜才能观察到，它可以帮助天体物理学更多地了解宇宙的起源以及我们银河系之外的事物。

去年，在美国不同研究所工作的物理学家发布了迄今为止收集到的最精确的COB测量结果，这些测量结果由NewHorizo​​ns航天器收集，这是NASA十多年前发射的行星际空间探测器。这些测量结果表明COB比理论预测亮两倍。

约翰霍普金斯大学的研究人员最近进行了一项理论研究，探索这种观察到的过量光可能是由一种假设的暗物质粒子(称为轴子)衰变引起的可能性。在他们发表在《物理评论快报》上的论文中，他们表明质量在8到20eV之间的轴子可能是新视野号团队测量到的过量COB通量的潜在原因。

“MarcPostman是街对面的一位同事，他是一位令人难以置信的观测宇宙学家，所以当他与ToddLauer和NewHorizo​​ns团队的论文出现时，我注意到并阅读了它，”执行该项目的研究人员之一MarcKamionkowski研究，告诉Phys.org。

“他们收集的测量结果是一个很好的例子，巧妙地将一个强大的天文台重新用于与其设计目的不同的目的。我们在几年前向冥王星发射了这个令人难以置信的小宇宙飞船，它做了它应该做的一切，但它有没有刹车，并且仍然无所事事地离太阳越来越远。马克和托德意识到它可以用来检测——这是第一次——来自宇宙中所有未解决星系的光学光子的宇宙背景宇宙，它做到了。”

在阅读了Lauer和他的同事的论文后，Kamionkowski意识到，如果他们测量到的过量实际上归因于轴子的衰变，那么这可能会使用可用的宇宙学数据得到证实。具体来说，在SPHEREx期间，将以高信噪比检测到这种过量，SPHEREx是一项计划为期两年的NASA任务，将把一个近红外空间天文台送入太空，以收集新的和可能有价值的测量结果。

“我们的计算简单得令人尴尬，因为它们是我们和其他许多人多年来一直在做的计算类型，”Kamionkowski解释说。“30多年前，当我还是一名研究生时，轴子的双光子衰变可能导致宇宙信号的想法就已经存在了。我们的工作只是将轴子衰变随时间产生的所有光子相加，一个简单的积分。我们必须正确地得到一些宇宙红移的因素，但这是典型宇宙学课上的家庭作业问题。”

总的来说，Kamionkowski和他的同事进行的计算强调了使用NASA的SPHEREx卫星收集的未来线强度映射(LIM)测量值来确认或反驳轴子暗物质衰变与最近观察到的过量COB之间联系的可能性。

SPHEREx预计将于2025年发射，收集来自大约4.5亿个星系的测量近红外信号。约翰霍普金斯大学的研究人员已经发表了一篇后续论文，他们在论文中探讨了轴子衰变场景与伽马射线对COB的现有限制的一致性。

“美国宇航局的费米望远镜已经从800多个耀变体中获得了伽马射线能谱，最高能量的伽马射线可以通过COB光子散射产生电子-正电子对来衰减，”Kamionkowski补充道。

“在我们的新研究中，我们对这种COB散射的预期衰减进行了建模，并通过与费米数据进行比较，能够为暗物质衰变的COB背景设置上限，这仍然与新视野号推断的COB过剩一致.

“我的学生GabrielaSato-Polito也一直在与DanGrin(哈弗福德学院)合作，研究几个高红移星团的深VLT图像以寻找暗物质衰变线。这些测量应该允许我们探测一些，但不是全部，暗物质的参数空间衰变与新视野号过剩一致。”