Gravitational Waves from Domain Wall Collapse, and Application to Nanohertz Signals with QCD-coupled Axions
该研究首次纳入晶格模拟偏置分析畴壁坍缩末期的引力波，解释了纳赫兹随机引力波信号或源于QCD耦合轴子畴壁，并探讨了轴子探测与原初黑洞相关前景。
2023-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes from Axion Domain Wall Collapse
本文研究QCD轴子模型中自封闭畴壁坍缩形成PBH的数密度与动力学，结合半解析和数值模拟，发现高$f_a$模型可产生未来引力透镜巡天可观测的PBH丰度。
2024-06-17 astro-ph.CO hep-ph
Induced Domain Walls of QCD Axion, and Gravitational Waves
提出重轴子与QCD轴子混合产生感应畴壁的新机制，解释暗物质并可能对应NANOGrav观测的引力波背景。
2024-10-11 astro-ph.CO hep-ph
Axion Structure Formation II: The Wrath of Collapse
该系列的第一篇论文表明，QCD轴子暗物质作为一种高度关联的玻色流体，包含着宇宙学尺度上的超经典物理。导出的超经典物理的性质是交换关联相互作用诱导的对称粒子交换和轴子间的自引力关联的约束。该论文还表明，超经典物理对早期结构形成的影响是微不足道的，因为交换相关相互作用本质上是非线性的。本文继续研究轴子结构的形成到非线性的制度，现在考虑的情况下，完全崩溃和维里化。采用N体方法求解坍缩问题，并针对凝聚玻色流体导出了相应的算法。孤立的引力坍缩的模拟进行玻色和冷暗物质流体使用原型N体代码。独特的玻色结构被发现即使在最猛烈的坍缩中也能幸存下来。玻色后塌缩的特征包括全局结构的动态变化、新的宽子结构的产生、对经典结合能条件的违反以及新的精细结构。新结构的有效模型的构建和他们的发现的可能性进行了讨论。
2019-04-15 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Relativistic axions from collapsing Bose stars
轻玻色（类轴子）暗物质的子结构可能凝聚成致密的玻色星。我们研究了由轴子类粒子的吸引力自相互作用引起的临界质量恒星的坍缩，发现这些过程以一种意想不到的普遍方式进行。首先，非线性自相似演化（在凝聚态物理中称为“波坍缩”）迫使粒子落入恒星中心。第二，致密中心的相互作用产生了一股温和的相对论性粒子流，带走了恒星质量的重要部分。当恒星残骸不再能够支撑供给碰撞的自相似坠落时，坍缩停止。我们简短地讨论这些现象可能的天体物理学和宇宙学意义。
2016-12-05 astro-ph.CO hep-ph
The Axiverse Extended: Vacuum Destabilisation, Early Dark Energy and Cosmological Collapse
在Arvanitaki等人（arXiv：0905.4720v2 [hep-th]）的“弦轴向”哲学中提出了一个模型，该模型通过质量项将超轻轴子耦合到其相应的模量。在宇宙膨胀的后期，光场在它们的势中滚动，并对暗区的能量密度有贡献。耦合和额外场的加入极大地丰富了轴宇宙的可能唯象。有许多有趣的阶段，其中轴子和模量分量表现为暗物质或暗能量，并且可以通过修改过去的状态方程或导致宇宙未来可能的坍缩来对宇宙的膨胀历史产生相当大的和明显的影响。在未来，这种耦合可能有助于减轻宇宙学轴子的微调问题。我们激励和提出的模型，并简要探讨其宇宙学的后果数值。
2012-11-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A non-compact QCD axion
Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）；Arnold Sommerfeld Center, Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学阿诺德·索末菲中心）；Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）
非紧致QCD轴子通过产生域墙并引发引力波背景，解释暗物质并规避传统宇宙学约束。
2025-12-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion minicluster power spectrum and mass function
当Peccei-Quinn（PQ）对称性破缺发生在暴胀之后时，轴子场在因果不连通区域中取随机值。这导致了在QCD时期附近轴子能量密度的一阶涨落。这些高密度最终与哈勃膨胀分离，形成所谓的微星团。我们提出了一个半解析的方法来计算平均轴子能量密度，以及功率谱，在这种情况下的重新排列机制。此外，我们开发了一个修改后的Press & Schechter方法，适合于描述辐射支配过程中的非线性密度波动的崩溃，这与轴子微团簇的形成有关。它使我们能够计算重力坍缩微星系团的双微分分布与其质量和尺寸的函数关系。例如，假设PQ标度为$10^{11}$ GeV，微星团的质量范围从大约$5 \times 10^{-16}$到$3 \times 10^{-13}$太阳质量，并且在它们开始坍缩时的大小从大约$4\times 10^4$到$7\times 10^5$ km。
2018-01-08 astro-ph.CO hep-ph
More Axion Stars from Strings
本文证明后暴胀QCD轴子暗物质中超过10%会在物质-辐射等量时坍缩成玻色星，结果几乎与轴子质量无关，这些孤子可能存活至今，影响现象学和实验搜索。
2024-08-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Domain walls in Nelson-Barr axion model
本文提出Nelson-Barr轴子模型解决强CP问题，该轴子兼具树层势与QCD瞬子诱导势，导致畴壁形成并通过势偏置自然坍缩，同时探讨其产生暗物质与引力波的宇宙学意义。
2024-12-27 astro-ph.CO hep-ph
The Lifetime of Axion Stars
本文研究了由$V({\cal A})=m{}^2\,f{}^2\,[1-\cos({\cal A}\,/\,f)]$定义的场论中标量凝聚体的衰变，其中$m$和$f$是标量场的质量和衰变常数。这种理论的一个例子是轴子理论，在这种情况下，凝聚体被称为轴子星。轴子场$\cal A$是自伴的。因此，轴子数不是一个绝对守恒量。因此，轴子星是不稳定的，有有限的寿命。定域在恒星体积上的束缚轴子有一个坐标不确定性$Δx \sim R \sim 1/(m_a Δ)$，其中$R$是恒星的半径，$Δ= \sqrt{1-E_0{}^2\,/\,m_a^2}$。这里，$m_a$和$E_0$是束缚轴子的质量和基态能量。则轴子的动量分布的宽度为$Δp\sim m_a\,Δ$。在强束缚$Δ={\cal O}(1)$下，束缚的轴子可以很容易地转移足够的动量来产生和发射自由轴子，导致恒星以$Γ\sim m_a$的跃迁速率快速衰变。然而，当$Δ\ll 1$时，动量分布受到更多限制，并且如本文所示，创建自由轴子的跃迁速率随着$\exp (-p \, Δx) \sim \exp (-Δ^{-1})$而减小。然后，在大爆炸之后产生的足够大的、弱束缚的轴子星存活到现在。我们绘制区域的稳定性，通过轴子损失和引力不稳定性衰减的限制，作为一个函数的轴子的质量和质量的恒星。
2016-05-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Black hole formation from axion stars
具有势$V(ϕ)=m_a^2f_a^2 [1-\cos (ϕ/f_a)]$的轴子的经典运动方程具有准稳定的、定域的、振荡的解，我们称之为“轴子星”。我们研究，第一次，使用完整的非线性广义相对论爱因斯坦方程和完整的非微扰余弦势的数值，轴子星的崩溃。我们映射区域上的“轴子星稳定图”，参数化的初始ADM质量，$M_{\rm ADM}$，和轴子衰变常数，$f_a$。我们确定了三个区域的参数空间：i）长寿命的振荡轴子星的解决方案，与一个基本频率，$m_a$，调制的自相互作用，ii）崩溃BH和iii）由于引力冷却和相互作用的完全分散。我们定位这三个区域的边界和一个近似的“三相点“$(M_{\rm TP},f_{\rm TP})\sim (2.4 M_{pl}^2/m_a,0.3 M_{pl})$。对于$f_a$低于三相点BH形成过程中进行缠绕（在复杂的$U(1)$图片）的轴子场附近的分散阶段。这可能会阻止天体物理BH的形成从轴子星与$f_a\ll M_{pl}$。对于较大的$f_a\gtrsim f_{\rm TP}$，BH的形成发生通过稳定的分支，我们估计的BH的质量比的稳定状态在相边界是$\mathcal{O}(1)$内的数值不确定性。我们讨论了我们的研究结果的观测相关性的轴子星BH种子，这是超大质量的超轻轴子的情况下。对于QCD轴子，由轴子星坍缩形成的典型BH质量是$M_{\rm BH}…
2017-03-09 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Pre-inflationary QCD axion stars after moduli domination
University of Oxford（牛津大学）
大爆炸前QCD轴子暗物质在早期物质主导时期经历绝热密度扰动，产生约1个量级的扰动，这些扰动在量子 Jeans 尺寸处坍缩成轴子星，可能包含50%的暗物质。
2026-04-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
First Simulations of Axion Minicluster Halos
我们用N体模拟研究了后暴胀情形下轴子暗物质涨落的引力坍缩，即所谓的轴子微团。在辐射主导的时期，超密度开始崩溃，并形成质量高达$10^{-12}\,M_\odot$的小星团的早期分布，这基本上证实了理论上的预期。经过物质辐射平等，正在进行的合并引起一个陡峭的幂律分布的微团晕质量。良好分辨的晕的密度分布是NFW样良好的近似。在这些束缚结构中的轴子暗物质的分数是在红移$z=100$处的$\sim 0.75$。
2020-07-21 astro-ph.CO
Towards Axionic Starobinsky-like Inflation in String Theory
结果表明，类Starobinsky势可以在弦论的非几何通量紧致化中实现，其中暴胀子包含一个轴子，轴子的位移对称性可以保护标量势的UV修正.为此目的，我们评估的backreacted，提升F-长期轴子monodromy潜在的，插值之间的二次和Starobinsky的形式。由于有一个控制近似的UV理论和实现单场膨胀的要求的限制进行了讨论。
2015-03-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Emission of Photons and Relativistic Axions from Axion Stars
非相对论性轴子的数量可以通过产生光子或相对论性轴子的非弹性反应来改变。任何奇数个轴子都可以湮灭为两个光子。任何偶数个非相对论性轴子都可以分散成两个相对论性轴子。我们从这些非弹性反应中计算出轴子从轴子星中丢失的速率。在稀释的轴子系统中，主要的非弹性反应是轴子衰变成两个光子。在足够稠密的轴子系统中，主要的非弹性反应是四个非相对论性轴子散射成两个相对论性轴子。奇数个轴子散射成两个光子，在由轴子质量设定的基频的奇整数谐波处产生单色射频信号。这为稠密的轴子系统提供了一个独特的特征，例如稠密的轴子星或坍缩的稀轴子星。
2016-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Collapse of a self-gravitating Bose-Einstein condensate with attractive self-interaction
研究了具有吸引自相互作用的自引力玻色-爱因斯坦凝聚体的坍缩。平衡态中，引力和自相互作用引起的吸引力被量子压力抵消，仅存在于最大质量$M_{\rm max}=1.012\hbar/\sqrt{Gm|a_s|}$以下，其中$M_{\rm max}=1.012\hbar/\sqrt{Gm|a_s|}$是玻色子的散射长度，$m$是它们的质量。对于$M>M_{\rm max}$，系统预计会崩溃并形成黑洞。我们通过对波函数作高斯近似来研究坍缩动力学。我们发现对于$M\rightarrow M_{\rm max}^+$，塌陷时间尺度为$(M/M_{\rm max}-1)^{-1/4}$，对于$M\gg M_{\rm max}$，塌陷时间尺度为$M^{-1/2}$。我们将我们的结果应用到标准轴子的质量$m=10^{-4}\, {\rm eV}/c^2$和散射长度$a_s=-5.8\times 10^{-53}\, {\rm m}$，其中$M_{\rm max}=6.5\times 10^{-14}M_{\odot}$和$R=3.3\times 10^{-4}\, R_{\odot}$。我们证实了我们以前的说法，玻色子与吸引力的自我相互作用，如标准的轴子，可能会形成低质量的恒星，但不能形成暗物质晕的相关质量和大小。这些迷你轴子星可能是暗物质的组成部分。它们可以在几个小时内坍缩成质量为$\sim 10…
2016-04-20 astro-ph.CO
Global view of QCD axion stars
以一个全面的观点，包括全方位的边界条件，我们重新审查QCD轴子星解决方案的基础上的相对论性克莱因-戈登方程（使用Ruffini-Bonazzola方法）和它的非相对论性的限制，Gross-Pitaevskii方程。一个自由参数，方便地选择为轴子星的波函数的中心值，或者选择范围为$-m<μ< 0$的化学势（其中$m$是轴子质量），唯一地确定了一个球对称的基态解，即轴子凝聚体。我们澄清了如何相互作用的克莱因-戈登方程的各项决定在三个不同的区域的解决方案的属性：结构稳定（对应于当地的能量最小值）的稀密区域，和中间，结构不稳定的过渡区。从克莱因-戈登方程，我们可以推导出其他的运动方程，包括格罗斯-皮塔耶夫斯基方程和正弦-戈登方程，它们以前曾被用来描述稠密区的轴子星。在这项工作中，我们明确了如何以及为什么这样的方法打破结合能的增加，强调使用完整的相对论克莱因-戈登方法的必要性。最后，我们指出，即使在包括微扰轴子数违反更正，解决方案的运动方程，假设近似守恒的轴子数，完全打破了制度与强结合能，其中的化学势的大小接近轴子质量。
2019-09-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dense Axion Stars
如果这些暗物质粒子是轴子，引力可以使它们合并成轴子星，轴子星是稳定的轴子引力束缚系统。在先前已知的轴子星的解中，引力和轴子对之间的吸引力被动压平衡。这些稀轴子星的质量不能超过临界质量，如果轴子质量为$10^{-4}$ ~eV，则临界质量约为$10^{-14} M_\odot$。我们研究轴子星使用一个简单的近似的非相对论性的有效场论的有效势的轴子。我们发现了一个新的稠密轴子星分支，其中引力被轴子玻色-爱因斯坦凝聚体的平均场压力平衡。该分支上的质量范围为约$10^{-20} M_\odot$至约$M_\odot$。如果一颗具有临界质量的稀轴子星吸积了额外的轴子并坍缩，它可能会产生一颗玻色新星，留下一颗致密的轴子星作为残余。
2016-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Electromagnetic instability of compact axion stars
本文通过完全非线性(3+1)数值相对论证明致密轴子星因电磁Chern-Simons项存在参数共振不稳定性，并给出临界耦合常数标度关系，表明超过该临界值后稳定轴子星必须是非致密的。
2023-02-20 astro-ph.CO gr-qc 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
Transient Radio Lines from Axion Miniclusters and Axion Stars
引力束缚的暗物质轴子团以“微团”或更密集的“轴子星”的形式出现，当遇到高度磁化的中子星磁层时，它们可以通过轴子-光子转换产生强烈的无线电信号。我们系统地研究了轴子团与中子星的相遇，讨论了轴子的入射、转换以及光子的传播。我们发现，高密度和低逃逸速度的轴子块导致强大的，狭窄的，和时间特性的瞬态无线电线与预期的持续时间从秒到月不等。我们的工作包括第一个端到端建模管道，能够表征这些瞬态遭遇期间产生的无线电信号，量化无线电通量的典型亮度，各向异性，频谱宽度和时间演变。这里开发的方法可能证明是必不可少的，在开发专用的无线电搜索所产生的微星团和轴子星的瞬态无线电线路。
2023-03-06 astro-ph.CO hep-ph
Can the dark matter halo be a collisionless ensemble of axion stars?
如果暗物质主要由轴子组成，则密度分布可以是不均匀的，而是团簇状的。通过求解具有类轴子势能密度的标量场的Einstein-Klein-Gordon系统，得到了由轴子构成的自引力系统的最大质量，称之为轴子星.轴子星与中子星的碰撞可能会释放出轴子的能量，这是由于轴子在中子星的磁场存在下转化为光子。我们估计的能量释放，并表明它应该比以前的估计少得多。未来的数据从飞秒透镜应该强烈限制这种情况。
2013-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Axion Stars: Mass Functions and Constraints
本研究基于轴子迷你团簇和玻色子星模拟计算轴子星质量函数，发现特定质量范围的类轴子粒子受超微弱矮星系动力学加热约束，且当前微引力透镜巡天对QCD轴子星不敏感，为轴子星间接探测提供依据。
2024-09-18 astro-ph.CO hep-ph
Can Planet 9 be an Axion Star?
本文提出第九行星可能是一颗由轴子组成的轴子星，发现太阳系捕获轴子星的概率与捕获自由漂浮行星相当甚至更高，且其双光子衰变信号难以被探测，因此难以与孤立原初黑洞区分。
2023-10-20 astro-ph.CO hep-ph
Can QCD Axion Stars explain Subaru HSC microlensing?
不可忽略的一部分QCD轴子暗物质可能形成引力束缚的玻色-爱因斯坦凝聚体，通常被称为轴子星或轴子团。这种天体最近被认为是斯巴鲁超级超级相机（HSC）在仙女座星系中进行微透镜搜索所报告的单一候选事件的原因。根据Peccei-Quinn对称性的破缺尺度和暗物质场景的细节，QCD轴子团可能在辐射支配期间通过引力凝聚形成，在轴子微团的致密核心中，或者在原始黑洞周围的轴子微晕中。我们分析了所有这些情况，并得出结论，斯巴鲁HSC调查检测到的微透镜候选人可能不是由QCD轴子星引起的。
2021-11-25 astro-ph.CO hep-ph
Radio Lines from accreting Axion Stars
本研究提出轴子星吸积周围轴子并通过参数共振产生近单色射电谱线，该信号可被LOFAR等望远镜观测，从而约束轴子-光子耦合至10^-13 GeV^-1量级，为搜寻轴子暗物质提供新途径。
2024-09-19 astro-ph.CO hep-ph
Possible evidence of QCD axion stars in HSC and OGLE microlensing events
本文提出Subaru HSC和OGLE观测到的微透镜候选事件可由质量为地球量级、占暗物质约27%的QCD轴子星同时解释，对应轴子质量在$10^{-9}-10^{-6}$ eV范围内，与实验约束及宇宙学人择窗口一致。
2023-04-07 astro-ph.CO hep-ph
Axion star condensation around primordial black holes and microlensing limits
本文研究原初黑洞周围致密晕和轴子迷你团簇中轴子星的形成与形态，并通过求解薛定谔-泊松方程结合EROS-2微透镜数据，给出银河系轴子星族群占比的观测约束。
2024-09-18 astro-ph.CO hep-ph
Hydrogen Axion Star: Metallic Hydrogen Bound to a QCD Axion BEC
作为冷暗物质的候选者，QCD轴子可能形成玻色-爱因斯坦凝聚体，称为轴子星，质量在$10^{-11}\,M_{\odot}$周围。在本文中，我们指出一个全新的天体，一个氢轴子星（HAS），很可能是由普通重子物质成为引力束缚到轴子星。我们研究了HAS的性质，发现HAS的氢云中心具有较高的压力和温度，可能处于液态金属氢状态。由于轴子星和氢云的粒子数密度都很高，轴子和氢之间微弱的相互作用仍然可以在$10^{13}~\mbox{W}\times(m_a/5~\mbox{meV})^4$周围产生足够的内部能量，使这些物体成为发光的点源。高分辨率的紫外、光学和红外望远镜可以通过黑体辐射发现HAS。
2016-12-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion Star Nucleation in Dark Minihalos around Primordial Black Holes
我们考虑一类一般的轴子模型，包括QCD和弦轴子，其中PQ对称性在暴胀之前或暴胀期间被破坏。假设轴子是暗物质的主要组成部分，我们讨论了通过引力玻色-爱因斯坦凝聚在原始黑洞周围的维里化暗晕中轴子星的形成。我们确定了在星系形成之前小晕动力学产生轴子星的条件。今天，对于QCD（弦）轴子的情况，我们预计在太阳周围半径为100秒差距的范围内会有多达$\sim 10^{17}$（$\sim 10^9$）的轴子星。
2020-10-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Global View of Axion Stars with (Nearly) Planck-Scale Decay Constants
我们发现，轴子星形成的轴子与近普朗克尺度衰变常数$f$是不稳定的衰变，不太可能有现象学的后果。更一般地说，我们展示了如何在较小的$f$的结果不能天真地外推到$f=\mathcal{O}(M_P)$，相反，传统的智慧，重力和狭义相对论都可以成为相关的同一制度。我们澄清的衰变率通过回顾和扩展以前的工作，介子和轴子星，这意味着一个快速的衰变率，即使是所谓的稀释状态在大$f$。
2021-06-22 astro-ph.CO hep-ph
Dilute and dense axion stars
轴子星是由轴子形成的假想天体，通过经典运动方程的局部相干振荡解获得。取决于核心$|θ_0| \equiv |θ(r=0)|$处的场振幅的值，系统的平衡来自于动压与自引力或轴子自相互作用的平衡。从广义相对论框架出发，我们得到了一组描述轴子星的配置的方程，我们解决作为一个函数的$|θ_0|$。对于小的$|θ_0| \lesssim 1$，我们重现以前在文献中得到的结果，我们提供的第一原理的参数，这种配置的稳定性。我们比较定性的分析结果与数值计算。对于大振幅的$|θ_0| \gtrsim 1$，轴子场探测到完全的非谐QCD手征势，轴子星进入{ \it稠密}分支。我们的数值解表明，在后一种制度的轴子是相对论的，不应该使用一个单一的频率近似，如以前在文献中应用。我们采用多谐展开来求解恒星中轴子场的相对论方程，并证明了在稠密区域中高阶模是不可忽略的。我们解释的解决方案，在密集的制度作为伪呼吸，并表明，这种配置的寿命比任何宇宙学的时间尺度小得多。
2017-12-12 astro-ph.CO hep-ph
Microlensing constraints on axion stars including finite lens and source size effects
一小部分轻标量暗物质，特别是轴子，可能组成玻色-爱因斯坦凝聚体，引力束缚团块，“玻色子星”，并在今天的星系晕中大量存在。我们计算了由普通QCD轴子和类轴子粒子组成的团块的引力微透镜事件的预期数量，并从EROS-2巡天和Subaru Hyper Suprime-Cam观测中导出了微透镜约束。我们进行了详细的透镜计算，包括在我们的分析有限透镜和源尺寸的影响。我们约束的部分暗物质坍缩成团块，个别的团块密度，和轴子自耦合的轴子质量。我们还考虑和约束团块组成的一个通用的标量暗物质候选人与排斥的自我相互作用。我们的分析为潜在的暗物质发现打开了一扇新的窗口。
2022-06-21 astro-ph.CO 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
Axion Star Explosions and the Reionization History of the Universe
本研究探讨超轻轴子暗物质形成的轴子星在黑暗时期因参数共振快速衰变为射电光子，导致加热和电离，受Planck约束排除特定耦合范围，并指出21厘米线观测可提高敏感性。
2024-02-09 astro-ph.CO hep-ph
Formation and mass growth of axion stars in axion miniclusters
我们研究的形成和随后的质量增长的轴子星内的轴子微集群。数值求解薛定谔-泊松方程与现实的初始条件，我们发现，轴子星表现出类似的性质，在超轻玻色暗物质晕的径向密度分布和大振幅振荡的孤子核心。两颗轴子星的合并证实了先前发现的合并轴子星质量的经验定律。随着时间的推移监测轴子星质量，我们观察到质量增长与Levkov等人报告的动力学机制中玻色星的质量增长一致，证实了轴子星的质量演化可以用波凝聚来理解。基于这一结果，我们预测的饱和度的质量增长与微集群质量一致的核心晕质量关系先前发现的超轻玻色子暗物质晕。
2019-09-24 astro-ph.CO
Radio-emission of axion stars
研究了致密轴子暗物质结构衰变为辐射光子的参数不稳定性。相应的天体--玻色（轴子）星、它们的星团和弥散轴子云--在后暴涨的佩西-奎因场景中大量形成。我们发展的一般描述参数共振结合有限体积效应，反作用，轴子速度和他们的（在）相干性。通过额外的粗粒化，我们的形式再现了维里化轴子与光子相互作用的动力学方程。我们推导出上述每一个对象的参数不稳定性的条件，以及在坍缩轴子星，评估光子共振模式和它们的增长指数。作为副产品，我们计算了玻色星和漫射轴子的受激发射，认为前者对射电背景的贡献较大。在QCD轴子的情况下，如果轴子-光子耦合超过原始KSVZ值两个数量级，玻色星发光，坍缩星辐射。后者的约束是减轻了几个附近的轴子星共振和缺席的轴子类粒子。我们的研究结果表明，参数效应可能会揭示自己的观测，从FRB过量的无线电背景。
2021-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA 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
Constraints on extended axion structures from the lensing of fast radio bursts
本文利用快速射电暴透镜效应约束轴子星性质，发现CHIME未观测到透镜事件可探测质量≳10^{-2}倍太阳质量的轴子星，对应轴子质量≲10^{-10} eV，且其灵敏度可与光学微引力透镜搜寻相竞争。
2025-05-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion Star Explosions: A New Source for Axion Indirect Detection
本研究提出轴子星衰变作为轴子间接探测新渠道，利用CMB光学深度数据约束轴子-光子耦合，排除特定参数范围，并展望21cm观测可进一步提升限制。
2024-02-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Adiabatic Axion-Photon Mixing Near Neutron Stars
本文研究了强磁场中子星表面附近的绝热轴子-光子相空间演化，首次量化了高耦合下的射电通量特性，发现先前对射电通量抑制的处理过于保守，且该抑制在针对中子星群体的射电观测中可被大幅规避。
2024-01-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Multimessenger signals from compact axion star mergers
本文利用数值相对论研究致密轴子星并合与衰变，发现其产生由引力波、电磁辐射和轴子辐射组成的多信使信号，并分析了可探测性。
2024-03-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Parity-violating Dark Photon Halos
Brown University（布朗大学）
该研究通过破坏对称性的陈-西蒙斯项，提出在物质主导时期生成引力束缚暗光子晕的机制，其能产生手性亚结构并为超大质量黑洞形成提供原始种子。
2026-01-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion spectra and the associated x-ray spectra of low-mass stars
对于第一次，我们预测的几个低质量的恒星-一个和两个太阳质量的恒星在主序星和主序星后的演化阶段的轴子光谱及其相关的光度。同样，我们还计算了在这些恒星的包络中存在强磁场的情况下，轴子转换回光子所产生的X射线过量发射。因此，一个给定的恒星将有一个独特的轴子光谱和$L_a$轴子光度。如果这类恒星的恒星包层中有强磁场，它也会显示出特征的X射线谱和PDMATHAMN X射线光度。这样的辐射会叠加到恒星的X射线电磁光谱和$L_X$光度上。本研究的重点是轴子模型的轴子-光子耦合常数，$5\;10^{-11} {\rm GeV}^{-1}$，一个值刚刚低于最近的上限$6.6\;10^{-11} {\rm GeV}^{-1}$发现的CAST和IXO的太阳镜。这里讨论的轴子参数范围跨越了许多轴子模型的参数空间，包括DFSZ和KSVZ模型。我们发现，轴子的质量范围$10^{-7}$ $10^{-5}\; {\rm eV}$和一个轴子光子耦合常数$5\;10^{-11} {\rm GeV}^{-1}$产生的轴子发射光谱的平均轴子能量从1到5 KeV，和$L_{a}$范围从$10^{-6} $到$7\;10^{-3} \;L_\odot$。我们还预测，$L_{aγ}$变化从$5\;10^{-8}$到$10^{-5} \;L_\odot$的恒星的平均磁场$3 \;10^{4}\;{\rm G}$在其大气中。大多…
2021-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Probing Axions with Event Horizon Telescope Polarimetric Measurements
利用事件视界望远镜对超大质量黑洞（如M87 $^\star$或Sgr A $^\star$）的高空间分辨率偏振成像，可以用来探测超轻玻色子（如轴子）的存在。这样的粒子可以通过超辐射机制聚集在旋转的黑洞周围，形成轴子云。当线偏振光子从视界附近的吸积盘中发射时，由于双折射效应，它们的位置角在穿过轴子背景时发生振荡。特别是，对超大质量黑洞M87 $^\star$（Sgr A $^\star$）的观测，可以探测质量约为$O(10^{-20})$ ~eV（$O( 10^{-17}$）~eV）、衰变常数约为$f_a < O(10^{16})$ GeV的轴子的无量纲轴子-光子耦合$c = 2 πg_{a γ} f_a$，这与其他轴子测量结果是互补的。
2020-02-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axions from cooling compact stars: pair-breaking processes
中子星一旦在超新星爆炸中形成，在其生命的最初10^4-10^5年期间，通过中微子的释放迅速冷却。本文计算了在正常-超流相变的临界温度T_c以下，恒星重子组分的轴子发射率。轴子的产生是由一个电荷中性的弱过程驱动的，与库珀对断裂和复合有关。轴子冷却不能掩盖中微子冷却的要求使轴子衰变常数f_a的下限大于6 10^9 T_{c9} ^{-1} GeV，其中T_{c9} = T_c/10^9 K。这转化为轴子质量的上限m_a < 10^{-3} T_{c9} eV。
2012-11-26 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Spectra of axions emitted from main sequence stars
本文计算了主序星核心产生的轴子能谱，结合恒星形成历史和初始质量函数模型，估计了宇宙恒星产生的弥漫轴子背景的性质，指出其通量虽次要但可通过光谱和空间轮廓区分于太阳和早期宇宙来源。
2023-10-19 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
