银河系中存在大量稳定转动的毫秒脉冲星，其脉冲到达时间可确定到极高精度。脉冲星计时阵列通过对数十颗毫秒脉冲星进行长时间监测，形成星系尺度的干涉仪，以探测nHz波段的甚低频引力波。除了作为时钟，脉冲星也是典型的线偏振光源。在脉冲星计时观测中，脉冲的极化信息为校准的需要通常也会被记录下来。基于这些已经存在的极化数据，任婧等建议发展脉冲星极化阵列，以充分利用相应的观测资源。与脉冲星计时阵列类似，极化阵列非常适合探测在较大尺度具有时间和空间关联的信号，通过特征性关联来减少噪声干扰。为论证脉冲星极化阵列的物理潜力，他们以超轻类轴子暗物质为例进行了讨论。超轻类轴子因为其微小质量可形成玻色-爱因斯坦凝聚，是波动型暗物质的典型候选者。由于类轴子与电磁波有破坏宇称的Chern-Simons耦合，脉冲的线性极化角在暗物质场中传播时会转动，即发生宇宙双折射现象。与随机引力波信号相比，超轻类轴子暗物质诱导的双折射现象具有独特的时空关联特征。在10?27?10?21eV的质量范围，脉冲星极化阵列对超轻类轴子暗物质Chern-Simons耦合的限制可以达到10?14?10?17GeV?1，与现有观测形成了很好的补充。审稿人认为脉冲星极化阵列的提议涵盖粒子物理学、天体物理学和宇宙学等不同方面，会引起广泛关注和兴趣。
该论文作者(按姓氏排序)为香港科技大学的刘滔副教授、2021年毕业的香港科技大学本科生娄许子祥以及高能所的任婧副研究员。该项工作得到了香港研究资助局 (RGC)的合作研究项目(CRF)和国家自然科学基金委的支持。
图：脉冲星极化阵列对超轻类轴子暗物质耦合常数的预期限制
