来自一颗脉动富氦白矮星的首个轴子约束

为解决量子色动力学 CP 问题而提出的 Peccei-Quinn 机制导致了轴子的存在，这是一种假想的弱相互作用粒子，其质量被限制在亚电子伏特范围内。如果这些粒子存在并与电子相互作用，它们将从白矮星的致密内部发射出来，成为恒星重要的能量汇。由于白矮星物理过程已被充分理解，它们是研究轴子等基本粒子性质的理想实验室。我们研究了轴子发射对富氦白矮星演化及其脉动性质的普遍影响。为此，我们计算了包含轴子发射的富氦白矮星演化模型，并评估了这些模型的脉动性质。我们的结果表明，脉动周期的变化率受到轴子存在的显著影响。我们首次能够通过研究脉动富氦白矮星来独立约束轴子质量。为此，我们使用了脉动白矮星 PG 1351+489 对应于主脉动周期的周期变化率估计值。基于 PG 1351+489 的星震学模型，我们得到轴子-电子耦合常数 g_{ae}<3.3×10^{-13}，或轴子质量 m_a\cos^2{\beta}≲ 11.5 meV。当不采用详细的星震学模型与观测进行比较时，该约束放宽至 g_{ae}<5.5×10^{-13}（m_a\cos^2{\beta}≲ 19.5 meV）。