轴子与白矮星的冷却

白矮星是中等质量和低质量恒星演化的最终产物，其演化过程可描述为简单的冷却过程。近期，人们以前所未有的精度确定了白矮星的光度函数，即单位体积和单位光度间隔内的恒星数量。本文表明，该函数明亮分支的形状仅对白矮星的平均冷却速率敏感，我们提议利用这一特性来检验轴子（一种被提出但尚未被探测到的弱相互作用粒子）存在的可能性。结果表明，在白矮星演化模型中纳入轴子发射显著改善了理论计算与观测白矮星光度函数之间的一致性。最佳拟合对应于 $m_a \cos^2 \beta \sim 5$ meV，其中 $m_a$ 为轴子质量，$\cos^2 \beta$ 为自由参数。我们还表明，大于 10 meV 的值被明确排除。现有的理论和观测不确定性尚不足以确认轴子的存在，但我们的结果清楚地表明，如果其质量在几 meV 量级，白矮星光度函数足以灵敏地探测到它们的存在。