Neutron Star Cooling via Axion Emission by Nucleon-Nucleon Axion Bremsstrahlung
中子星通常通过发射伽马射线和中微子而冷却。但是,在中子星内部,也可以通过核子-核子轴子韧致辐射过程产生轴子。这些轴子的逃逸增加了中子星的冷却过程。我们探讨了中子星冷却的本质,包括轴子发射和比较我们的结果与情况下,中子星冷却的伽玛射线和中微子的排放。在我们的计算中,我们考虑了这种轴子能量损失率的简并和非简并极限以及由此产生的中子星的光度随时间的变化和表面温度随时间的变化。简而言之,我们研究了三种中子星质量(1.0,1.4,1.8太阳质量)的中子星的热演化,并考虑了不同质量的轴子($m_{a}=10^{-5}\rm{eV}, 10^{-3}\rm{eV}, 10^{-2}\rm{eV}$)的轴子辐射的影响,并与不考虑轴子辐射的情况进行了比较。我们将理论冷却曲线与PSR B 056 +14、Geminga和PSR B 1055 -52的观测数据进行了比较,最后给出了轴子质量极限$m_{a}\leq10^{-3}$ eV的一个上界,即轴子衰变常数$f_{a}\geq0.6\times10^{10}\hspace{1mm}\rm{GeV}$。
2019-02-07 hep-ph
Axion like particles, fifth force and neutron interferometry
该研究提出利用中子干涉测量探测由轴子和类轴子粒子介导的费米子相互作用,并通过两束中子所处磁场方向不同,使相位差仅反映轴子诱导效应。
2023-05-12 hep-ph
Axion contribution to the mass-radius relation of neutron stars
本文通过有效拉格朗日量和TOV方程数值求解,研究高密度高温下被束缚轴子对中子星质量-半径关系的影响,发现因果性限制束缚机制适用范围,并给出轴子显著贡献的中心密度和温度区间。
2025-08-18 hep-ph
X Rays from Old Neutron Stars Heated by Axion Stars
我们证明了轴子玻色子星与孤立的具有强磁场($>10^8$ Gauss)的老中子星碰撞,通过加热中子星而使其辐射出X射线。这种中子星的表面温度变成了$10^5 K \sim 10^6 K$。我们认为这些可能是ROSAT巡天观测到的X射线源的候选者。我们讨论了一种可能的方法来识别这样的中子星。我们还指出,碰撞产生的单色辐射的频率由轴子质量的爆发。
1999-06-14 hep-ph
Polarization Signals from Axion-Photon Resonant Conversion in Neutron Star Magnetosphere
本研究指出中子星磁层中等离子体的共振转换效应可显著增强轴子-光子转换产生的线极化,结合特定天体的极化测量数据,证明其能在宽轴子质量范围对轴子-光子耦合提供强约束。
2025-02-11 hep-ph
A New Constraint for the Coupling of Axion-like particles to Matter via Ultra-Cold Neutron Gravitational Experiments
我们提出了一个新的约束的轴子偶极子偶极耦合在1微米到几毫米的范围内,以前无法用于实验研究。该约束是利用我们最近对地球引力场中子量子态的观测结果得到的。我们利用超冷中子(UCN)在最低的重力状态以上的材料表面的UCN和物质之间的任何额外的相互作用的最终敏感性,如果特征的相互作用范围内提到的域。特别地,我们发现,对于在~1 meV的“有希望”的轴子质量区域中的轴子质量,轴子偶极-偶极耦合常数的上限是(g_p g_s)/(\hbar c)<2 x 10^{-15}。
2006-10-30 hep-ph
Composite neutrinos and the QCD axion: baryogenesis, dark matter, small Dirac neutrino masses, and vanishing neutron EDM
我们考虑一个手征规范理论,从轻的复合狄拉克中微子动态地出现,增加了一个QCD轴子解决强CP问题。我们表明,复合部门和轴子之间的相互作用也可以同时导致成功的重子生成,并产生一个正确的暗物质丰度通过"同生",而不矛盾目前的限制。我们预测$ΔN_{\rm eff} \geq 0.14$和$m_a$的范围$O(1)\>{\rm μeV}$-$O(10)\>{\rm meV}$,这可以坚定地测试即将到来的CMB实验和轴子搜索。
2021-12-29 hep-ph
Baryonic Axion in neutron-antineutron oscillation
研究轴子等暗物质候选者如何通过最一般耦合框架参与 $Δ\mathcal{B} = 2$ 的中子-反中子振荡,发现 ALPs 模型存在不受限的 Rabi 共振,而 QCD 轴子的 Goldstone 特性可排除大部分情景。
2024-12-19 hep-ph
QCD Axion Conversion in Magnetospheres of Neutron Stars
Oriental Institute of Science and Technology(东方科学技术研究所)
本研究基于FPS EoS和TOV方程,在15 meV轴子质量与10^17 G中心磁场下分析磁化中子星的轴子发射及转换光子能谱,发现强磁场显著影响冷却速率与光度。
2026-11-04 hep-ph
Radio Signal of Axion-Photon Conversion in Neutron Stars: A Ray Tracing Analysis
在中子星的磁层中,轴子暗物质可以共振转化为光子。它最近已被证明,无线电观测附近的NS,因此可以提供一个高灵敏度的探针的轴子参数空间。在这里,我们扩展现有的计算进行的第一个三维计算的光子通量,考虑到各向同性的相空间分布的轴子和NS磁层的结构。特别是,我们研究了通量的整体大小及其可能的时间变化。我们发现,整体信号强度是强大的,我们更现实的分析。此外,我们发现,相对于NS旋转的信号的方差被冲洗掉的额外的轨迹在我们的治疗。然而,我们表明,SKA观测对J0806.4-4123是敏感的$g_{aγγ}\sim 3\times10^{-13}\mathrm{\,GeV^{-1}}$在$m_a\sim 7\times10^{-6}\mathrm{\,eV}$,即使考虑多普勒展宽。最后,我们提供了必要的代码来计算任何给定的NS系统的光子通量。
2020-06-02 hep-ph
X-ray bounds on cooling, composition, and magnetic field of the Cassiopeia A neutron star and young central compact objects
我们分析了4个年龄< 2500年的最年轻的中心致密天体(CCO)的多个Chandra和XMM-牛顿光谱,间隔9-19年:CXC160103.1 -513353(G330.2+1.0)、1 WGA J1713.4-3949(G347.3-0.5)和XMMU J172054.5-372652(G350.1-0.3)。通过拟合这些光谱与热模型,我们试图约束每个CCO的长期冷却速率,成分,和磁场。对于仙后座A中的CCO,19年来的14次测量表明,对于恒定或变化的X射线吸收,温度分别以2.2+/-0.2%或2.8+/-0.3%的十年速率下降(1 σ误差)。我们得到的冷却速率上限为17%的CXC160103.1 -513353和6%的XMMU J172054.5-372652。对于最古老的CCO,1 WGA J1713.4-3949,它的温度似乎在十年内增加了4+/-2%。假设每个CCO的首选距离和发射面积是整个恒星表面的很大一部分,非磁性碳大气光谱是一个很好的适合所有四个CCO的光谱。如果距离更大,发射面积更小,则使用氢气氛获得同样好的光谱拟合,对于CXMU J160103.1-513353,B <= 7x10^10 G或B >= 10^12 G,对于XMMU J172054.5-372652,B <= 10^10 G或B >= 10^12 G,1 WGA J1713.4-3949的非磁性氢…
2021-07-16 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Dark-matter induced neutron-antineutron oscillations
本研究探讨携带2个重子数的轻暗物质诱导中子-反中子振荡的可能性,分析轴子实现方案后发现真实QCD轴子模型无法产生该效应,需普通标量或类轴子暗物质背景,且其对应实验特征值得探索。
2024-12-09 hep-ph
Radio Signals from Axion Star-Neutron Star Binaries
轴子星可以和中子星形成双星。考虑到单个中子星所表现出的极强的外部磁场,在这些双星系统中可能会有大量的轴子到光子的转换。由于中子星的旋转和轴子星的轨道,光子发射受到双重调制,产生了独特的发现信号。在中子星和轴子云黑洞之间的双星系统中也会产生类似的特征。令人鼓舞的是,这样的二进制文件被发现是在正在进行的和即将进行的实验的范围内(例如,500米孔径球面望远镜和未来的平方公里阵列)的某些参数区域。因此,它们为探测轴子和轴子暗物质提供了一个很有前途的天文实验室。
2022-02-22 astro-ph.HE hep-ph
Probing axions with neutron star inspirals and other stellar processes
在QCD轴子的某些模型中,对轴子势的有限密度修正可以导致轴子来源于大密度物体。有多种方法来测试这种现象,但也许最令人惊讶的效果是,轴子可以调解中子星之间的力量,可以像引力一样强大。这些力可以是吸引力或排斥力,它们的存在可以通过对中子星螺旋的高级LIGO观测来检测。由于数值上的巧合,具有引力强度的中子星之间的轴子力自然具有数十公里或更长的相关长度尺度,类似于中子星。未来在Advanced LIGO中对中子星合并的观测可以探测到许多数量级的轴子参数空间。由于轴子只来源于大的致密物体,轴子力避开了第五种力的约束。我们还概述了其他几种方法来探测这种现象,使用电磁信号与紧凑的对象。
2017-08-28 gr-qc hep-ph
Neutron Interferometry and axion like particles
提出了一种基于中子束干涉测量的轴子和类轴子粒子的揭示方法。我们考虑一个中子束分裂成两个子束的干涉仪,子束在具有不同取向磁场的区域中传播。束路径和磁场的强度以这样一种方式设置,即除去由于轴子诱导的相互作用而对相位差的所有贡献。由此产生的相位差与轴子的存在直接相关。我们的研究结果表明,这样的阶段是在原则上可检测的中子干涉,可能证明存在的轴子和类轴子粒子。
2021-02-23 hep-ph hep-th
Leptoquarks, axions and the unification of B, L, and Peccei-Quinn symmetries
本文系统地分析了由细夸克和双夸克补充的轴子模型。在后一种状态之间以及它们之间开启一些耦合,就可以将佩切-奎因对称性与重子(B)和轻子(L)数统一起来,这样一来,轴子就与三种$U(1)$对称性的自发破缺联系在一起。讨论了B和L破坏的所有可能的四费米子和六费米子模式,包括用$ΔB = 1$和$ΔL = \pm 1, \pm 3$引起质子衰变的模式,用$ΔB = 2$引起中子反中子振荡的模式,以及用$ΔL = 2$引起Majorana中微子质量的模式。还构造了一个或两个轴子场必然出现在任何B和/或L违反运营商的情况。核子衰变必然会涉及末态的轴子,而中子-反中子振荡只会发生在轴子背景中。这可能对中子寿命之谜产生影响,更普遍地说,为新的现象学和宇宙学应用打开了大门。
2022-09-22 hep-ph
Radiation from Axion star-Neutron star binaries with a tilted rotation axis in the presence of plasma
利用轴子星的$f(r)=\text{sech(r/R)}$剖面研究了轴子星-中子星双星的辐射形式。我们的分析考虑了中子星的同向旋转等离子体。我们发现,如果中子星的自旋倾斜的轴子星-中子星轨道的平面,有显着的增强辐射功率相比,它是垂直的情况下。我们还研究了中子星的同向旋转等离子体是否可以在发射功率中发挥作用,我们发现,即使稀轴子星原则上比致密轴子星辐射更有效,它们也会被中子星的潮汐力拉开
2022-11-05 astro-ph.HE hep-ph
Impact of Hadronic Axions on Black Hole Accretion Discs and Neutron Stars
我们重新审视天体物理允许的KSVZ型轴子,具有强烈的抑制耦合到光子的可能性。然后,我们调查的影响,这样的“强子轴子”上的两类天体:黑洞吸积盘(BHAD)的伽马射线暴和孤立的中子星。虽然我们的结果是敏感的细节的基础模型,我们表明,强子轴子原则上可以发挥重要作用的伽马射线暴的演变和中子星的冷却行为。
2000-06-29 astro-ph hep-ph
Axion condensates in neutron stars and radial oscillation modes
Universitat d’Alacant(阿利坎特大学)
本研究探讨了中子星内部轴子凝聚对径向振荡模式的影响,发现两种不同类型的准正常模式,并揭示了轴子场与流体之间的耦合效应。
2026-01-28 astro-ph.HE hep-ph
Impact of axions on the Cassiopea A neutron star cooling
观测到的超新星遗迹仙后座A(CasA)的表面温度异常稳定下降,这是大约十年前报道的,引起了很多争论。几个奇异的冷却方案已经提出了使用非标准的假设,这中子星(NS)的物理和演化。目前,已经对观测数据进行了重大的修正,这使得在最小中微子冷却的框架下数值模拟Cas A NS冷却过程成为可能。如果有一个额外的冷却源,如轴子发射,Cas A NS表面温度下降的陡度将随着轴子-核子相互作用强度的增加而增加。这使得有可能限制轴子衰减常数$f_a$的最小值使用的条件,NS表面温度应在99%的置信区间内从观测数据获得。两种类型的轴子模型被认为是:Kim-Shifman-Weinstein-Zakharov - KSVZ模型和Dean-Fischler-Srednitsky-Zhitnitsky -DFSZ模型。上述判据给出了KSVZ和DFSZ轴子衰变常数的下限,分别为$f_a>3\times 10^7$ GeV和$f_a>4.5\times 10^8$ GeV。
2021-08-07 astro-ph.HE hep-ph
Constraining axion quadratic couplings with the Hulse-Taylor binary system
Tsung-Dao Lee Institute (TDLI)(汤川秀树研究所);School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学物理与天文学院);Theoretical Particle Physics and Cosmology, Department of Physics, King's College London(伦敦国王学院物理系理论粒子物理与宇宙学)
利用赫尔斯-泰勒双中子星系统轨道演化的广义相对论高精度测试,对轴子与中子星成分耦合得出新约束,包括对轻 QCD 轴子衰变常数的限制及轴子-μ子二次耦合的最强约束。
2026-08-25 hep-ph
Axion star collisions with Neutron stars and Fast Radio Bursts
轴子可能对宇宙的暗物质有重大贡献。有人提出,这些暗物质轴子可能会凝聚成局部的团块,称为“轴子星”。“在这篇论文中,我们认为稀释轴子星与中子星的碰撞,即所谓的“磁星”,可能是大多数观测到的快速射电暴的起源。这个想法是岩崎最初提出的一个想法的变体。然而,而不是岩崎的表面效应,我们提出了一个可能更强的体积效应所引起的诱导随时间变化的电偶极矩的中子。
2016-12-08 astro-ph.HE hep-ph
Magnetic dynamo caused by axions in neutron stars
轴子和光子之间的耦合修改了麦克斯韦方程,在磁感应方程中引入了发电机项。在中子星中,对于临界值的轴子衰变常数和轴子质量,磁发电机机制增加了恒星的总磁能。我们表明,这产生大量的内部加热,由于增强耗散的地壳电流。这些机制将导致磁化的中子星的磁能和热光度增加几个数量级,与热发射中子星的观测结果形成对比。为了防止发电机的激活,可以导出允许的轴子参数空间的界限。
2022-11-20 astro-ph.HE hep-ph
Constraints on axions from neutron star in HESS J1731-347
为了限制轴子衰变常数$f_{a}$的允许范围,或者等价地,为了限制轴子质量$m_{a}$的允许范围,我们考虑了一个中子星的冷却,该中子星具有强质子超流性和正常(非超流)中子,其核心内没有强磁场,通过与HESS J1731-347中观察到的超新星遗迹进行类比。对于这种特定的情况下,我们证明,热弛豫结束后,流体静力学结构的中子星可以很好地描述与援助的解决方案的爱因斯坦场方程,适用于一个球体的流体静力平衡,由托尔曼。假设nn韧致辐射中中微子对和轴子的产生是导致冷却的主要原因,计算了中子星的内部温度。为了对轴子衰变常数施加约束,使用了目前观察到的中子星表面温度不偏离中微子冷却方案的事实。对于KSVZ-轴子模型,我们得到了$f_{a}>1.9\times 10^{8}$ GeV,而对于DFSZ-轴子模型,我们得到了$f_{a}>4.7\times 10^{9}$ GeV.
2019-10-31 astro-ph.HE hep-ph
Constraining Light QCD Axions with Isolated Neutron Star Cooling
本文研究了轻QCD轴子对中子星物质基态和热覆盖层结构的影响,通过将异常冷却模型预测与孤立中子星数据对比,约束了轴子参数空间,且不要求其作为暗物质候选者。
2024-12-19 astro-ph.HE hep-ph
Hunting for Axionlike Dark Matter by Searching for an Oscillating Neutron Electric Dipole Moment
我们报告的超低质量类轴子暗物质的搜索通过分析的比存储的超冷中子和$^{199}$ Hg原子的自旋旋进频率的轴子诱导振荡的电偶极矩的中子和轴子风自旋旋进效应。没有观察到与暗物质一致的轴子质量范围$10^{-24}~\textrm{eV} \le m_a \le 10^{-17}~\textrm{eV}$的信号。我们的零结果设置的第一个实验室的约束耦合的轴子暗物质胶子,提高了3个数量级的天体物理学的限制,也提高了以前的实验室约束的轴子耦合到核子的一个因素的40。这些结果最初发表在Phys. Rev. X 7,041034中,本文主要是对其进行总结。
2018-05-25 hep-ex hep-ph
Ultra High Energy Cosmic Rays from Axion Stars
我们提出了一个模型,其中超高能宇宙射线产生的中子星和轴子星之间的碰撞。这种宇宙射线的加速是由电场$\sim 10^{15} (B/10^{12} {G}) {eV} {cm}^{-1}$引起的,而电场是由中子星的强磁场$B>10^{12}$ G在轴子星中产生的。正如我们之前所展示的,当磁场小得多时,类似的碰撞会产生伽马射线暴,例如$\sim 10^{10}$ G。如果我们假设轴子的质量是$\sim 10^{-9}$ eV,我们就可以解释伽马射线暴$\sim 10^{54}$ erg的巨大能量以及宇宙射线$\sim 10^{20}$ eV的超高能量。此外,事实证明,这些轴子星是MACHO的合理候选者。我们指出了观测轴子星发出的单色辐射的可能性。
2000-03-09 hep-ph
First Constraint on Axion-Photon Coupling $g_γ$ from Neutron Star Observations
该研究提出仅依赖轴子–光子耦合 $g_γ$ 的新探测方法,并利用 FAST 对 PSR B1919+21 的观测,首次给出超轻轴子耦合上限。
2025-06-09 astro-ph.HE hep-ph
Retuning radio astronomy for axion dark matter with neutron stars
该研究建模中子星磁层中的轴子—光子转换,考虑电荷加速与多重性导致的光谱偏移,证明可通过高频乃至毫米波段信号探测质量约达1 meV的轴子暗物质,并指出SGR 1745--2900是理想观测目标。
2025-02-14 astro-ph.HE hep-ph
Neutron stars and Pulsar timing arrays as Axion giant gyroscopes
本研究提出中子星可作为轴子巨型陀螺仪,轴子背景场与中子星磁矩的耦合会改变其进动与自旋,调制脉冲星计时阵列的脉冲到达时间,利用Nanograv和PPTA数据可将轴子-核子耦合约束在g_{ann} ~ 10^{-12}{GeV}^{-1}量级。
2024-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Landau-Zener formula and resonant axion conversion in neutron star magnetospheres
University of Helsinki(赫尔辛基大学);Helsinki Institute of Physics(赫尔辛基物理研究所)
研究Landau-Zener描述在中子星磁层中轴子-光子共振转换的适用性,发现当共振宽度超过转换区域大小时公式失效,并据此修正了来自光学波段偏振搜索的轴子约束。
2026-11-04 astro-ph.HE hep-ph
FRBs and dark matter axions
我们提出了一个快速射电暴(FRB)的起源模型:当中子星与暗物质轴子星碰撞时,中子星大气中的电子发射出FRB。考虑到中子星的潮汐力,我们重新检验了这个模型。轴子星被这些力扭曲,当它们靠近中子星时,就变成了长棍。虽然潮汐力相当扭曲的轴子星,我们的模型仍然是与目前的观察。我们解释了我们的模型的一个显着特点,FRB不是宽带,但窄带。我们还发现,当轴子星与双星中子星碰撞时,可能会产生双分量FRB。FRB最常出现在星系的中心,因为暗物质集中在中心。
2015-12-19 astro-ph.HE hep-ph
Constraints on Axions from a Theoretical Model of Spatially-Extended Gamma-Ray Emission from Neutron Stars
fiziSim LLC(fiziSim有限责任公司);SLAC National Accelerator Laboratory(SLAC国家加速器实验室)
本文基于中子星作为扩展源的理论模型,探讨了轴子在伽马射线中的发射特性,提出了更严格的轴子质量限制。
2022-07-14 astro-ph.HE hep-ph
Effects of Lighter-than-QCD Axions on Neutron Star Tidal Deformability
University of Toronto(多伦多大学);University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
本研究首次在1+1广义相对论下数值分析轻于QCD的轴子在中子星中的完整动力学,扩展至千米级康普顿波长的低质量轴子,发现其引力效应显著改变中子星性质,破坏潮汐可变形性-紧致度普适关系,为探测该轴子提供新手段。
2025-11-17 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Radio Signals from Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
我们表明,轴子暗物质(DM)可以通过从中子星发射的窄无线电线检测。中子星的磁层拥有一个强大的磁场和等离子体频率,该频率朝着中子星表面增加。当轴子穿过磁层时,它们可以在等离子体频率等于轴子质量的半径附近的狭窄区域内共振转换为无线电光子。信号的带宽由远离中子星的小DM速度色散设定。我们解决了轴子光子混合方程,包括磁化等离子体和相关的各向异性介电张量的全面处理,以获得转换概率。我们讨论了可能的中子星目标,以及它们如何探测质量范围为~0.2-40 $μ$ eV的QCD轴子参数空间。
2018-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion effects on the non-radial oscillations of neutron stars
本文在三味NJL模型中研究轴子对夸克物质状态方程的影响,并结合RMF强子EOS与Gibbs相变构造混合中子星,发现轴子能稳定混合星并显著增强其四极f模。
2025-05-06 astro-ph.HE hep-ph
Core Composition Effects on the QCD Axion Mass Limit from Neutron Star Cooling
Universidad Rey Juan Carlos(雷伊胡安卡洛斯大学);Università degli Studi della Campania “Luigi Vanvitelli”(坎帕尼亚路易吉范维泰利大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli(意大利国家核物理研究所那不勒斯分部);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati(意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室)
研究不同状态方程下重子(超子和Δ共振态)对中子星核心成分的影响,发现QCD轴子质量极限变化温和,DFSZ模型下可能进入IAXO灵敏度窗口。
2026-10-23 astro-ph.HE hep-ph
Diluted Axion Star Collisions with Neutron Stars
稀释轴子星是一种自引力物体,具有与引力平衡的量子压力,在许多QCD模型中被预测为具有轴子或类轴子粒子。它可以在早期宇宙中形成,并构成相当大一部分的暗物质。当磁星经过时,轴子粒子在磁场中转化为光子,从而可以探测到瞬态无线电信号。使用数值和半解析的方法,我们模拟了轴子星的动态演化和估计的比例轴子粒子,可以有一个共振转换在这样的碰撞事件。我们发现,稀释轴子星进入洛希半径后,自引力和量子压力都不重要。自由落体近似可以很好地捕捉单个粒子的轨迹。在一些乐观的宇宙学和天体物理学假设下,QCD轴子参数空间可以通过射电望远镜探测到这样的碰撞事件来探测。
2021-09-02 astro-ph.CO hep-ph
Upper Limit on the QCD Axion Mass from Isolated Neutron Star Cooling
量子色动力学(QCD)轴子可以改变中子星(NS)的冷却速率。在NS核中,轴子是由核子的韧致辐射和核子处于超流态时的库珀对破缺和形成过程产生的。我们发现,附近的四个孤立的宏伟的七个NS以及PSR J0659是轴子冷却研究的主要候选者,因为它们是同时代的,从运动学的考虑已知的几十万年的年龄,他们有良好的测量表面光度。我们比较这些数据专用NS冷却模拟纳入轴子,剖析有关的状态方程,NS群众,表面成分和超流性的不确定性。我们的轴子和中微子发射率的计算包括高密度的抑制因素,也影响SN 1987A和以前的NS冷却轴子的限制。我们没有发现孤立的NS数据中的轴子的证据,并在KSVZ QCD轴子模型的上下文中,我们约束$m_a \lesssim 16$毫电子伏在95%的置信度。对NS冷却和核子超流性的进一步理解可以进一步改善这些限制,或者导致在较弱耦合下发现轴子。
2021-11-18 astro-ph.HE hep-ph
Imperfect axions with no domain wall problem
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器);University of Oxford(牛津大学);Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所);Institut de Física d’Altes Energies (IFAE)(高能物理研究所);Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)(巴塞罗那科学技术研究所)
研究解决了畴壁数N>1的轴子理论的畴壁问题,通过引入PQ破缺算符,在f_a ≤ 10^10 GeV的参数区域实现轴子弦提前摧毁,其中子电偶极矩有望被未来实验探测。
2026-08-31 hep-ph
Electrobaryonic axion: hair of neutron stars
本文首次研究同时耦合重子化学势与电磁场的电重子轴子,计算其在中子星表面形成轴子毛发的过程,并发现轻轴子发射对中子星冷却有显著贡献。
2024-05-01 astro-ph.HE hep-ph hep-th
Conversion of Emitted Axionic Dark Matter to Photons for Non-Rotating Magnetized Neutron Stars
本文研究强磁场下非旋转磁化中子星中修正TOV方程对轴子、中微子及光子光度的影响,采用APR和FPS状态方程与NSCool代码计算PBF发射率,并分析轴子转化为光子的过程,发现强磁场显著改变轴子能谱和转化光子通量。
2024-02-20 astro-ph.HE hep-ph
Axion cyclotron emissivity of magnetized white dwarfs and neutron stars
对于任意磁场强度B,导出了磁化电子气发射轴子a由于过程$e^- \to e^- +a$的能量损失率。要求强磁化中子星的轴子光度小于中微子光度,我们得到的约束$g_{ae}\lsim 10^{-10}$的轴子电子耦合常数。这个极限比Borisov和Grishina用同样的方法推导出的界限要弱得多。将类似的论点应用于磁性白矮星,会得到更严格的$g_{ae}\lsim 9x10^{-13} (T/10^7 K)^{5/4} (B/10^{10} G)^{-2}$束缚,其中T是白矮星的内部温度。
1997-04-08 astro-ph hep-ph
Constraining Axion Dark Matter with Big Bang Nucleosynthesis
我们表明,大爆炸核合成(BBN)显着约束类轴子暗物质。轴子的行为就像一个振荡的QCD $θ$角,在早期宇宙中发生红移,增加了中子冻结时的中子-质子质量差。类轴子粒子与QCD的耦合太强,导致BBN过程中4 He的产生不足,因此被排除在外。BBN边界与大部分参数空间重叠,这些参数空间将被提议的随时间变化的中子EDM搜索所覆盖。QCD轴子的耦合不足以影响BBN。
2014-02-05 astro-ph.CO hep-ph
Axion Gamma-Ray Signatures from Quark Matter in Neutron Stars and Gravitational Wave Comparisons
该模型从QCD夸克物质相的中子星中产生轴子,预测其衰变产生的伽马射线通量可被Fermi LAT探测,并给出轴子质量上限,同时结合引力波事件进行约束。
2025-08-07 astro-ph.HE hep-ph
Axions in neutron star mergers
超新星和冷却中子星长期以来一直被用来限制轴子的性质,例如它们的质量以及与核子和其他标准模型粒子的相互作用。我们调查的前景,使用中子星合并作为一个类似的位置,在那里的轴子可以探测在未来。我们研究轴子对合并的影响,考虑到它们自由流过致密核物质的可能性和它们被捕获的情况。计算了轴子在并合条件下的平均自由程,发现在所有热力学条件下,轴子都能自由流通过并合。与以前的计算相比,我们整合了整个相空间,同时使用核子的相对论处理,假设矩阵元素是动量无关的。特别地,我们使用相对论平均场论来描述核子,考虑到核子的有效质量随着密度增加到核饱和密度以上而急剧减少。我们发现,在目前的约束下的轴子-中子耦合,轴子可以冷却核物质的时间尺度相关的中子星合并。我们的研究结果可能被视为第一步,旨在了解轴子如何影响合并模拟和潜在的接口与观察。
2020-06-19 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Axion superradiance in rotating neutron stars
众所周知,对于大质量玻色子场,紧致引力物体存在束缚态构型。本文描述了中子星磁层中一类新的轴子束缚态超辐射不稳定性。这种不稳定性是由中子星的磁场中轴子模和光子模的混合引起的,它们从旋转的磁层中提取能量。与黑洞不同的是,超辐射所需的耗散提供了一个非厄米动力学在本文中来自恒星磁层中的电阻率所产生的有限的体积电导率。轴子场与光子模式混合,光子模式超辐射地散射离开磁层,提取旋转能量,然后将其沉积回轴子扇区,导致不稳定性。我们利用量子力学微扰理论推导了轴子-光子系统的超辐射本征频率,并与原子选择定则进行了类比。然后,我们比较的特征时间尺度的不稳定性的自旋下降的测量限制允许的角动量提取率从中子星的中子星。
2019-10-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Neutron star cooling with lepton-flavor-violating axions
本文研究了通过轻子味破坏耦合从中子星和超新星辐射类轴子粒子的过程,计算了轴子发射度并推导出该耦合强度的上限,发现超新星环境下的限制可与实验室限制相竞争。
2024-04-27 astro-ph.HE hep-ph
Axion Emission Can Explain a New Hard $X$-ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars
轴子可能在中子星(NS)的核心内产生,由于它们与物质的微弱相互作用而逃离恒星,随后在恒星周围的磁场中转化为X射线。我们表明,最近发现的过量的硬X射线发射在2 - 8千电子伏的能量范围内,从附近的宏伟的七个孤立的NS可以解释这种发射机制。这些NS是独特的,因为它们以前被预期仅在约100 eV的温度下从热表面发射产生UV和软X射线带中的可观察通量。目前还没有传统的天体物理学对壮丽七硬X射线过剩的解释。我们表明,硬X射线过剩可以一致地解释为一个轴子状粒子的质量$m_a \lesssim 2 \times 10^{-5}$ eV和$g_{aγγ} \times g_{ann} \in (2 \times 10^{-21}, 10^{-18})$ GeV $^{-1}$在95\%的置信度,占统计和理论的不确定性,其中$g_{aγγ}$($g_{ann}$)是轴子光子(轴子中子)耦合常数。
2021-03-01 astro-ph.HE hep-ph
Axion dissipation in conductive media and neutron star superradiance
本研究针对中子星磁层导电等离子体可能触发轴子超辐射不稳定性的猜想,纳入等离子体动力学与流体效应,通过两种玩具模型验证发现典型等离子体密度会强烈抑制该不稳定性,降低中子星超辐射的可行性,还补充了耗散等离子体中轴子电动力学的相关现象。
2025-06-18 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
From Supernovae to Neutron Stars: A Systematic Approach to Axion Production at Finite Density
本文系统研究有限密度下QCD轴子产生,修正轴子-核子耦合,增强超新星轴子光度并削弱中子星冷却约束,影响地面搜索。
2025-02-28 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
First Constraints on Nuclear Coupling of Axionlike Particles from the Binary Neutron Star Gravitational Wave Event GW170817
轻轴子场,如果它们存在的话,可以来源于中子星,因为它们与核物质耦合,并在中子星合并中发挥作用。我们报告了通过分析双星螺旋体GW 170817的引力波来寻找这样的轴子。我们发现没有证据的轴子在采样参数空间。空结果允许我们对质量低于$10^{-11} {\rm eV}$的轴子施加约束,排除衰变常数在$3σ$置信水平下从$1.6\times10^{16} {\rm GeV}$到$10^{18} {\rm GeV}$的轴子。我们的分析提供了第一个约束的轴子从中子星的inspirals,并排除了参数空间中的一个大区域,尚未探测到现有的实验。
2021-09-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
A Possible Origin of Gamma Ray Bursts and Axionic Boson Stars
我们指出了产生伽马射线暴的一种可能机制。它们是由轴子玻色子星和中子星碰撞产生的。在中子星的磁化导电介质中,轴子玻色子星可以耗散其全部能量$10^{50}$ erg。这种耗散只发生在中子星的包层附近,因此,一个带有少量重子污染的火球是可以预期的。我们已经大致评估了每年和每个星系的碰撞率,这与观测结果一致,在合理的假设下。我们还指出,在与具有强磁场$\sim 10^{14}$ G的中子星的类似碰撞中,可以产生具有极高能量$10^{21}$ eV的宇宙射线。
1999-03-17 astro-ph hep-ph
Neutron star -- axion star collisions in the light of multi-messenger astronomy
由于轴子满足冷暗物质的观测要求,并且在理论上有很好的动机,因此它越来越被看好作为星系中暗物质的候选粒子。轴子场的波动会产生稳定的局部超密度,称为轴子星,对于最大质量、最紧凑的情况,它们是潜在的中子星模仿者。原则上,没有基本的论据反对GW 170817/GRB 170817 A/AT 2017 gfo的多信使观测结果来自一颗中子星与一颗中子星模仿者的合并,而不是来自一颗双星中子星。为了限制这种可能性并更好地理解中子星-轴子星(NSAS)合并的天体物理特征,我们在这项工作中提出了一个基于全三维数值相对论模拟的NSAS合并的详细例子,并概述了许多潜在的可观测量-从引力波,光学和近红外电磁信号,无线电耀斑,快速射电暴,伽马射线暴和中微子发射。我们讨论了各个通道,并估计距离当前和未来的天文台可能能够检测到这样的NSAS合并。这样的信号可以限制未知的轴子质量及其与标准重子物质的耦合,从而增强我们对宇宙暗物质部分的理解。
2018-08-14 astro-ph.HE gr-qc hep-ph