近日，中国科学院高能物理研究所理论物理室任婧研究员及合作者联合澳大利亚帕克斯脉冲星计时阵列合作组（PPTA），成功完成利用“脉冲星偏振阵列”对超轻类轴子暗物质的首次实验探测。基于帕克斯阵列长期积累的偏振数据，研究团队在“模糊”质量区间，为超轻类轴子暗物质与电磁场的 Chern‑Simons 耦合强度设定了迄今最严格的观测上限。该成果于1月7日发表于《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 136, 011001 (2026)），并获选“编辑推荐”论文。
暗物质是笼罩现代宇宙学近一个世纪的重大谜题。在众多候选者中，超轻类轴子暗物质因其极小的质量而在天文尺度上表现出独特的波动性质，从而备受关注。由银河系内多颗线偏振脉冲星构成的“脉冲星偏振阵列”，通过分析不同脉冲星偏振信号之间的相关性，为探测这类超轻暗物质提供了独特的观测窗口。当脉冲星发出的线偏振光穿过充满暗物质的星系晕时，会因类轴子暗物质与电磁场的Chern-Simons耦合而产生“宇宙学双折射”效应，导致光的偏振方向发生具有特定时空特征的偏转。
研究团队依托帕克斯脉冲星计时阵列近二十年的偏振观测数据，首次系统开展了基于脉冲星偏振阵列的超轻类轴子暗物质搜寻。为实现这一开创性任务，团队开发了完整的贝叶斯分析框架，通过构建脉冲星偏振角残差时间序列、建立有效的噪声模型和实施脉冲星互相关来进行分析。结果显示，帕克斯脉冲星偏振阵列对Chern-Simons耦合强度的约束在相当宽的质量范围内优于以往所有基于类轴子暗物质假设的结果，特别是在“模糊”质量区间给出了当前国际最严格的限制。研究还表明，脉冲星间的互相关分析为判别信号性质发挥了关键作用。该工作标志着利用新型天文观测手段探索暗物质本质迈出了重要的一步。
该论文共同第一作者为西班牙巴塞罗那科学与技术研究所薛潇博士和澳大利亚帕克斯望远镜首席科学家代实博士，通信作者为香港科技大学的刘滔教授和中国科学院高能物理研究所的任婧研究员。本研究得到了国家自然科学基金委员会等项目的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/mptv-3x6g
图：通过交叉关联银河系内脉冲星偏振数据，帕克斯脉冲星计时阵列合作组为“模糊”类轴子暗物质与电磁场的Chern-Simons耦合强度设定了迄今最严格的观测限制
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