图：PPTA collaboration
“脉冲星极化阵列”首次探测暗物质波动——跨学科团队利用恒星极化信号推测极轻轴子型暗物质
通过“脉冲星极化阵列（PPA）”与国际 PPTA 合作，研究人员首次在实际观测数据中寻找暗物质的波动特征，并给出超轻轴子暗物质与光的相互作用强度的最严格限制。
一、研究背景暗物质（Dark Matter）：宇宙中约 85 % 的物质，虽不发光、吸光或反射，却对宇宙结构产生重力 əvv.
极轻轴子型暗物质（Ultralight Axion‑like Dark Matter, ALDM）：理论上质量极低（≲ 10⁻¹⁹ eV）的轴子，具有波动性质，在星系尺度上表现为“波而非粒”。
传统实验（如直射光谱、粒子探测器）难以直接观测到暗物质的存在；目前已知的证据均为间接推断。
二、PPTA 合作与 PPA 方法PPTA（Pulsar Timing Array）是一支跨国大型协作团队，涵盖全球多所机构。
脉冲星：旋转速度极快的中子星，周期非常稳定，能够产生高度有序的射电波束。
PPA：利用脉冲星的极化位相角（Polarization Position Angle, PPA）随时间与空间位置的变化，进行跨星系互相关联分析，以揭示暗物质所引起的“宇宙双折射”效应。
“我们在 2021 年提出利用 PTA 数据建立 PPA，作为探索天体物理与基础物理的创新极化工具。”——刘涛（通讯作者，Phys. Rev. Lett. 2026）。
三、实验设计与数据采集观测源：澳大利亚 Parkes 望远镜提供的 22 颗 1 毫秒脉冲星（Millisecond Pulsars, MSP） 极化数据，覆盖 18 年 的观测周期。
数据处理：对每颗脉冲星的极化位相角进行时间序列分析，去除噪声与随机波动，构建噪声模型并进行跨星极化互相关。
关键签名：在整个银河系范围内，极化残差表现出周期性波动模式，符合超轻轴子暗物质在银河晕中产生的波动预期。
“开发合适的分析框架，包括噪声建模，对我们的创新方法至关重要。”——任敬（另一作者）。
四、核心发现与结果最严格限制
对 Chern‑Simons coupling（切尔诺夫-斯通耦合）提出了 最强的上限，覆盖极轻轴子暗物质的主质量范围。
该限制是目前关于超轻轴子暗物质与光相互作用的最具约束力的结果。
首次 PPA 分析
通过实际数据交叉相关，首次检出了极轻轴子暗物质的“波动残差”模式。
该模式与理论预期的宇宙双折射效应一致。
“我们的研究给出了极轻 ALDM 质量区间内最严格的 Chern‑Simons coupling 限制，标志着暗物质研究的显著进展。”——刘涛
“这是第一份 PPA 分析报告，随着 FAST、SKA 等新一代射电望远镜提升极化测量精度，我们对未来进一步探测此暗物质情形充满期待。”——任敬
五、意义与展望方法推广：PPA 为利用天文观测探测极轻暗物质提供了全新的、极具潜力的途径。
未来计划
利用新编制的脉冲星极化数据集，构建更多 PPA 进行系统性研究。
探索脉冲星极化与定时信号的协同效应，以更系统地解决暗物质之谜。
“不同天文项目提供的大规模脉冲星极化数据（PPTA 仅是一个实例）为此科学工作提供了丰富资源。”——任敬
勇编撰自论文"Pulsar Polarization Array Limits on Ultralight Axionlike Dark Matter".Physical Review Letters.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
