銀河系中存在大量穩定轉動的毫秒脈沖星，其脈沖到達時間可確定到極高精度。脈沖星計時陣列通過對數十顆毫秒脈沖星進行長時間監測，形成星系尺度的干涉儀，以探測nHz波段的甚低頻引力波。除了作為時鐘，脈沖星也是典型的線偏振光源。在脈沖星計時觀測中，脈沖的極化信息為校準的需要通常也會被記錄下來。基于這些已經存在的極化數據，任婧等建議發展脈沖星極化陣列，以充分利用相應的觀測資源。與脈沖星計時陣列類似，極化陣列非常適合探測在較大尺度具有時間和空間關聯的信號，通過特征性關聯來減少噪聲干擾。為論證脈沖星極化陣列的物理潛力，他們以超輕類軸子暗物質為例進行了討論。超輕類軸子因為其微小質量可形成玻色-愛因斯坦凝聚，是波動型暗物質的典型候選者。由于類軸子與電磁波有破壞宇稱的Chern-Simons耦合，脈沖的線性極化角在暗物質場中傳播時會轉動，即發生宇宙雙折射現象。與隨機引力波信號相比，超輕類軸子暗物質誘導的雙折射現象具有獨特的時空關聯特征。在10?27?10?21eV的質量范圍，脈沖星極化陣列對超輕類軸子暗物質Chern-Simons耦合的限制可以達到10?14?10?17GeV?1，與現有觀測形成了很好的補充。審稿人認為脈沖星極化陣列的提議涵蓋粒子物理學、天體物理學和宇宙學等不同方面，會引起廣泛關注和興趣。
該論文作者(按姓氏排序)為香港科技大學的劉滔副教授、2021年畢業的香港科技大學本科生婁許子祥以及高能所的任婧副研究員。該項工作得到了香港研究資助局 (RGC)的合作研究項目(CRF)和國家自然科學基金委的支持。
圖：脈沖星極化陣列對超輕類軸子暗物質耦合常數的預期限制
