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
Stochastic Effects in Axion Inflation and Primordial Black Holes Formation
在随机暴胀的背景下,我们重新审视了轴子暴胀模型,并研究了与电磁场相关的随机噪声的影响。由于宇称破缺作用,规范场的一个极化被放大,产生大曲率扰动功率谱。考虑到短模在视界交叉时产生的随机反冲,我们得到了电磁场和轴子场长模的相应朗之万方程。结果表明,一个均值回复过程支配着电磁场的动力学,使得规范场的快子增长被扩散力所平衡。随着不稳定性参数的增加,由规范场扰动引起的大曲率扰动导致了小质量原初黑洞的大量产生.结果表明,产生的PBH遵循高斯统计。对PBH的形成施加观测约束,使不稳定性参数的先前界限放宽了约50倍。
2022-02-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
New scenario of QCD axion clump formation I: Linear analysis
QCD轴子通过QCD相变附近QCD物质的非微扰效应获得势能。在此期间,轴子和QCD物质之间的直接相互作用开始了。专注于这种直接相互作用的影响,我们提出了两种情况下,波动的轴子可以迅速增长,可能导致形成的轴子微集群,即使Peccei-Quinn(PQ)对称性已经打破通货膨胀期间。第一种情况假设在QCD时期视界尺度上的原始曲率扰动显着增强,第二种情况假设初始失准在势的山顶周围调谐。
2022-03-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing the signature of axions through the quasinormal modes of black holes
本研究发现带轴子毛的黑洞会打破Reissner-Nordstrom黑洞拟正规模的电磁对偶简并,其拟正规模依赖磁荷占比,为通过引力波观测探测轴子和磁单极子提供新途径。
2024-06-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes and associated gravitational waves in axion monodromy inflation
在轴子单值暴胀中,暴胀是由具有超普朗克场值的轴子在叠加正弦调制的单值势中驱动的。轴子与无质量规范场的耦合可以在暴胀过程中诱导大量的粒子产生,导致大的非高斯曲率扰动,导致原始黑洞的形成。在本文中,我们探讨的轴子单值暴胀模型,有利于形成原始黑洞的质量范围从$10^8$克到$20$太阳质量的参数空间。我们还研究了相关的引力波及其在脉冲星定时阵列和干涉测量实验中的探测。
2018-11-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
An axion-like scalar field environment effect on binary black hole merger
环境,如吸积盘,可以改变天体物理黑洞双星的引力波信号。本文利用类轴子标量场模拟了中等质量双黑洞周围的物质场,并研究了它们的联合演化。详细地,我们考虑了球对称和非球对称情形下,被类轴子标量场壳包围的等质量双黑洞,以及不同强度的标量场。我们的结果表明,环境标量场可以从根本上改变动力学。首先,在球对称情形下,随着标量场强度的增加,二元黑洞的圆轨道数目减少。这意味着标量场可以显著加速合并过程。第二,一旦标量场强度超过某个临界值,标量场可能坍缩成质量大于双星的第三个黑洞。因此,从环境标量场坍缩的新黑洞可以迅速地吸积双星,并且双星彼此迎面碰撞。在这个过程中,几乎没有任何四极子信号产生,即引力波被大大抑制。当标量场强度小于临界值时,黑洞轨道会因标量场的吸积而产生偏心。第四,在激发的初始阶段,类轴子标量场的引力吸引力会引起双星轨道的突然转向,从而导致引力波形的瞬时摆动。最后,在非球形的情况下,标量场可以通过引力吸引双星向标量场的质心运动,减缓并合过程。
2017-06-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Can axion clumps be formed in a pre-inflationary scenario?
QCD轴子和类轴子粒子(ALP)是暗物质的有力候选者。对于QCD轴子,当Peccei-Quinn(PQ)对称性在暴胀后自发破缺时,大的初始涨落会导致轴子团簇的形成。另一方面,当对称性在暴胀过程中已经被破坏时,人们认为,由于初始轴子波动的振幅很小,轴子团的形成不会发生。我们重新审视这种普遍的理解,考虑QCD轴子和ALP。我们发现,对于QCD轴子,即使我们考虑一个非常微调的初始条件,也不会发生团块的形成。同时,它证明了一个ALP,它允许一个更一般的潜在形式,块的形成可以通过快子不稳定性或/和共振不稳定性,考虑多个余弦势。
2020-04-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Discovering the QCD Axion with Black Holes and Gravitational Waves
先进的LIGO可能是第一个探测引力波的实验。通过恒星黑洞的超辐射,它也可能是第一个发现衰变常数在大统一尺度以上的QCD轴子的实验。当轴子的康普顿波长与黑洞的大小相当时,轴子与黑洞结合,形成“引力原子”。“通过超辐射过程,占据束缚能级的轴子数量呈指数增长,从黑洞中提取能量和角动量。轴子在引力原子能级之间的跃迁以及轴子湮灭为引力子的过程中可以产生可观测到的引力波信号。这些信号是持久的、单色的,可以与普通的天体物理源区分开来。对于10^-11和10^-10 eV之间的轴子,我们估计在aLIGO上的跃迁事件高达O(1),对于10^-13和10^-11 eV之间的轴子,我们估计湮灭事件高达10^4。在零搜索的情况下,ALIGO可以限制轴子质量的范围内快速旋转的黑洞形成率。在未来的低频引力波观测站中,质量更轻的轴子湮灭也是有希望的;湮灭率有很大的不确定性,主要由超大质量黑洞的自旋分布决定。我们对aLIGO的预测对于来自黑洞环境的扰动是稳健的,并且解释了我们对恒星黑洞自旋测量所建议的6*10^-13 eV < ma < 2*10^-11 eV的QCD轴子的更新排除。
2015-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Renormalization group analysis of superradiant growth of self-interacting axion cloud
由于可以从黑洞周围的轴子凝聚体(轴子云)中观测到引力波,因此人们对考虑快速旋转黑洞周围的超轻标量场(尤其是轴子)有着浓厚的兴趣。基于这一考虑,我们提出了一种新的方法来研究快速旋转黑洞周围具有自相互作用的超轻标量场的动力学行为,即利用动力学重整化群方法.我们发现,对于相对论云,饱和的超辐射不稳定性的散射的轴子由于自相互作用不会发生在弱非线性制度时,我们考虑的绝热增长的云从一个单一的超辐射模式。这可能表明,对于相对论性的轴子云来说,一种被称为博森诺瓦的爆炸现象可能不可避免地发生,至少在其进化史上发生过一次。
2021-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Interplay between the Dark Matter Axion and Primordial Black Holes
如果原初黑洞(PBH)在轴子场振荡开始时已经主导了早期宇宙的能量密度,我们证明了QCD轴子的残余丰度和预期质量范围将被极大地修改。由于QCD轴子是暗物质(DM)的潜在候选者,我们称之为DM轴子。我们主要研究质量范围为$(10^6 - 5\times 10^8)\,$ g的PBH。我们研究了DM轴子的残余丰度与PBH参数空间之间的关系。我们数值求解一组玻尔兹曼方程,它支配着宇宙演化过程中的辐射和PBH主导的时代,提供了大量的早期宇宙的能量含量。我们进一步求解了DM轴子场的运动方程,得到了它目前的丰度。除了非相对论产生机制,轻QCD轴子是通过霍金机制从蒸发的PBH产生的,可以构成暗辐射(DR)的一部分。如果QCD轴子被发现,它将使我们深入了解早期宇宙,并探索PBH主导时代的物理学。我们估计的边界上的模型从DR轴子通过PBH蒸发和热去耦产生的,我们占等曲率边界的通货膨胀期间的Peccei-Quinn对称性被打破。我们评估所得结果对现有的CMB数据,我们评论的预测从引力波搜索。我们简要地陈述PBH吸积的后果和不确定性,这可能进一步增加宇宙学和天体粒子物理建模。
2023-01-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Superradiant axion clouds around asteroid-mass primordial black holes
本文研究小行星质量原初黑洞通过超辐射产生轴子云的动力学与观测效应,发现大量轴子可逃逸并积累在星系或星系际介质中,其与光子耦合产生的 X/γ 射线背景已超出观测限制,并展望 Athena 望远镜的探测前景。
2023-01-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion core - halo mass and the black hole - halo mass relation: constraints on a few parsec scales
如果暗物质是由超轻的轴子组成,稳定的孤子核心就会在维里化晕的中心形成。在轴子粒子的质量$m$的某个范围内,这些核心足够紧凑,可以模拟位于星系核的超大质量黑洞(SMBH)。我们使用的孤子核心晕质量关系,在数值模拟中验证,约束一个新的范围内允许轴子质量的测量SMBH质量(伪)凸起和无凸起星系。这些限制是基于星系核的观测,尺度小于10 pc。我们的分析表明,数据排除了$m < 10^{-18}$ eV。我们简要地讨论了是否有吸引力的自相互作用的轴子可以减轻这种约束。
2020-04-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Missing in Axion: where are XENON1T's big black holes?
我们开创了黑洞质量间隙作为一个强大的新工具约束新粒子。耦合到标准模型的一种新粒子--如轴子--在第三类恒星的核心中充当额外的损失源,抑制由于风引起的质量损失并淬灭对不稳定性。这导致了更重的天体物理学黑洞。作为一个例子,使用恒星模拟,我们表明,最近的XENON 1 T过剩的太阳轴子解释意味着天体物理黑洞的~ 56 MS,正方形内的黑洞质量差距预测的标准模型。
2020-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmology of the companion-axion model: dark matter, gravitational waves, and primordial black holes
该研究提出伴生轴子模型,引入第二个QCD轴子解决强CP问题与畴壁问题,分析其暗物质产生机制、质量窗口与丰度,并预言了特定频率引力波背景和恒星级原初黑洞等宇宙学特征。
2021-10-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Gravitational waves at interferometer scales and primordial black holes in axion inflation
我们研究了在地面和空间干涉仪,以及在脉冲星定时阵列实验,随机引力波的背景下,可以产生模型的轴子膨胀的检测前景。这个潜在的信号,以及这些实验的发展,打开了一个新的窗口,在尺度上比目前用宇宙微波背景和大尺度结构测量探测的尺度小得多。在轴子膨胀中产生的源信号是这种搜索的理想候选者,因为它在小尺度上自然生长,并且它具有特定的属性(手性和非高斯性),可以将其与天体物理背景区分开来。我们研究在何种条件下,这样的信号可以产生在一个可观察的水平,而不同时生产过剩的标量扰动超过所允许的原始黑洞的限制。我们还探讨了在这个模型的修改版本中产生的标量扰动可能提供一个与当前边界兼容的原始黑洞分布的可能性,它可以作为宇宙中当前黑洞的种子。
2016-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Implications of multi-axion dark matter on structure formation
本文开发精确玻尔兹曼代码,研究冷暗物质与双轴子混合模型的结构增长,提出有效单轴子描述并推广至多轴子,与温暗物质比较,并计算晕质量函数。
2023-06-24 astro-ph.CO gr-qc
Primordial Black Holes from QCD Axion Bubbles
我们提出了一个方案,其中一个强大的Peccei-Quinn(PQ)对称性破缺在早期宇宙中的初始QCD轴子场值的大的不均匀性的结果,导致非常密集的轴子泡的形成。一些轴子泡随后坍缩成原始黑洞(PBH)。QCD轴子的空间均匀部分解释了宇宙的暗物质,而轴子泡产生的PBH可以解释LIGO事件或超大质量黑洞的种子。有趣的是,PBH的质量是由轴子衰变常数决定的;对于$f_a = 10^{17} (10^{16})$ GeV,PBH的质量大约比$10 (10^4) M_\odot$重。此外,轴子微团簇也是由轴子气泡形成的,比PBH更丰富,并且它们的质量预计会比基于膨胀后PQ对称性自发破缺的通常情况下更重。
2020-06-23 astro-ph.CO hep-ph
String Axiverse
弦论认为,许多超轻的轴子可能同时存在,每十年的质量可能达到哈勃尺度10^-33 eV。相反地,存在如此丰富的轴子(一种“轴向体”)将是弦论的证据,因为它是由于额外维流形的拓扑复杂性而产生的,在一个只有我们熟悉的四维的理论中是特别的。我们研究了即将到来的天体物理实验将如何在10^-33 eV到10^-10 eV的巨大质量范围内探索这种轴子的存在。质量在10^-33 eV到10^-28 eV之间的轴子会导致CMB偏振的旋转,这种旋转在整个天空中是恒定的。预测的旋转角为α~1/137量级。质量范围在10^-28 eV到10^-18 eV的轴子会在物质功率谱中产生多个阶跃,这将在即将到来的星系巡天中被探测到。质量范围在10^-22 eV到10^-10 eV的轴子通过彭罗斯超辐射过程影响快速旋转天体物理黑洞的动力学和引力波发射。当轴子康普顿波长是黑洞大小的量级时,轴子在黑洞“核”周围形成“超辐射”原子束缚态。它们的占据数通过从能层提取旋转能量而呈指数增长,最终在旋转的玻色-爱因斯坦轴子凝聚体中发射引力波。这种机制在快速旋转的黑洞的光谱中产生了质量间隙,从而诊断出轴子的存在。X射线双星LMC X-1中快速旋转的黑洞意味着QCD轴子衰变常数的上限f_a<2* 10^17 GeV,远低于普朗克质量。通过观测更小的恒星质量的黑洞,这个范围可以被改进到大统一尺度f_a<2* 10^16 GeV。
2009-10-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Large-Misalignment Mechanism for the Formation of Compact Axion Structures: Signatures from the QCD Axion to Fuzzy Dark Matter
轴子是标准模型之外最有动力的粒子之一。我们展示了如何吸引的自相互作用的暗物质(DM)的轴子在广泛的质量范围内,从$10^{-22}$ eV到$10^7$ GeV,可以导致非引力增长的密度波动和形成的绑定对象。这种结构形成增强驱动的参数共振时,初始场的失调是大的,它影响的长度尺度上的哈勃视界的轴子场开始振荡时,在辐射主导的时代深处的轴子密度扰动。这种效应可以将绝热扰动的几乎尺度不变的光谱变成在上述尺度上具有尖峰的光谱,产生从密集DM晕到标量场配置(如孤子和微扰子)的物体。我们称这类产生轴子DM的宇宙学方案为“大错位机制”。“我们探索了这种机制的观测结果与质量高达$10$ eV的轴子。对于比$10^{-5}$ eV重的轴子来说,致密的轴子晕的数量足以显著影响地球上的直接探测实验,产生间歇但相干的信号,重复率超过每十年一次,交叉时间少于一天。轴子密度和运动学相干性的这些偶发性增加为轴子DM搜索(包括QCD轴子)提出了新的方法。由$10^{-22}$ eV到$10^{-5}$ eV的轴子组成的致密结构可以通过引力透镜搜索探测到,它们的引力相互作用也可以扰动重子结构并改变恒星的形成。在非常高的失调幅度,轴子场可以经历自相互作用诱导的内爆物质辐射平等之前很久,产生潜在的可检测的低频随机引力波。
2019-12-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Spectator Axions in String Inflation and Primordial Black Holes
Università di Bologna(博洛尼亚大学);INFN, Sezione di Bologna(意大利国家核物理研究所博洛尼部分所);University of Manitoba(曼尼托巴大学);University of Winnipeg(温尼伯大学)
本研究探究弦理论纤维暴胀中轴子的动力学,发现亚普朗克衰变常数轴子多不影响曲率扰动功率谱,特定参数轴子可增强扰动以辅助原初黑洞成核。
2026-07-31 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Detecting Axion Dark Matter with Black Hole Polarimetry
本文提出利用超大质量黑洞周围轴子玻色-爱因斯坦凝聚增强的偏振旋转效应,通过事件视界望远镜的偏振测量探测轴子-光子耦合,并给出可探测的轴子质量与耦合参数范围。
2024-10-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Primordial Black Holes and Gravitational Waves in Multi-Axion-Chern-Simons Inflation
我们研究了膨胀的方面和可能性的增强生产的原始黑洞(PBH)和引力波(GW)在一个字符串启发模型的两个轴子场耦合到陈-西蒙斯引力,这导致在运行真空模型的通货膨胀。波动的标度不变的频谱,符合宇宙学数据,在这个模型中提供的世界片(非微扰)瞬子项所产生的弦紧化的轴子场。由于这种调制,有一个增强的生产PBH和GW在这样的宇宙学,这可能会导致可观察到的原则模式,在辐射时代的GW的轮廓。此外,我们证明PBH可能提供了大量的暗物质在这个宇宙中。为了比较,我们还讨论了一个两阶段的通货膨胀宇宙学模型的传统字符串启发的轴子monodromy,再次涉及两个轴子领域。由此产生的修改印在这两类模型之间的GWs光谱是不同的,原则上,可以区分未来的干涉仪。我们考虑的模型或多或少的瞬时再热。我们还做了一些评论的影响,延长再加热期,导致进一步增强的功率谱,从而分数PBH发挥的作用,暗物质。
2022-09-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion cloud evaporation during inspiral of black hole binaries -- the effects of backreaction and radiation
超轻标量场如轴子可以通过超辐射不稳定性在旋转的黑洞周围形成云。为了通过引力波信号和黑洞质量和自旋参数的观测来探测云的存在,考虑与黑洞双星相关的云的演化是很重要的。我们重新检查的轴子云的影响,由于潮汐扰动的伴星在一个双系统考虑到以下几点。首先,我们研究了高阶多极矩的影响。其次,我们考虑了由于云和轨道运动之间的角动量转移的反作用。这种角动量转移通过几何形状的变化进一步引起对超精细分裂的反作用。最后计算了潮汐相互作用引起的粒子数向无穷远处的通量。结果发现,标量场不被黑洞重吸收。相反,标量粒子辐射远离蒸发在螺旋,无论方向的轨道运动,几乎相等质量的双星。
2022-03-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion clouds may survive the perturbative tidal interaction over the early inspiral phase of black hole binaries
引力波观测具有探测超轻玻色子场(如轴子)的潜力。轴子通过超辐射不稳定性在旋转黑洞(BH)周围形成云,并对黑洞的引力波形产生影响。另一方面,考虑到云与BH在一个双系统,潮汐相互作用消耗云在某些情况下,在螺旋阶段。我们做了详尽的研究云耗尽数值在一个广泛的参数范围内的等质量的双星,假设只有四极潮汐扰动是在工作中。我们发现,只有当$l=1$模式是增长最快的模式,并且双星轨道在非相对论性参数区域是反向旋转时,云才能避免由于潮汐效应而消失。
2021-08-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion-like particle dark matter in the linear regime of structure formation
如果类轴子粒子(axion-like particles,ALP)是暗物质(dark matter,DM)的主要组成部分,由于其玻色子性质和相对较小的质量,它们在宇宙结构的形成上可能表现出与点状暗物质粒子不同的行为。在研究构造形成时,通常将DM视为具有给定密度和给定速度的特殊流体。ALP流体与点状无碰撞DM流体服从相同的连续性方程,但具有不同的一阶速度方程。在结构形成的线性区域中,所得到的观测差异对于QCD轴子是可以忽略的,但对于非常轻的ALP可能是有趣的。
2017-01-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraining an Einstein-Maxwell-dilaton-axion black hole at the Galactic Center with the orbit of the S2 star
本研究通过分析银河系中心S2恒星的测地线运动,利用现有及未来模拟观测数据,对爱因斯坦-麦克斯韦-伸缩子-轴子引力黑洞解中的伸缩子参数给出约束,为检验广义相对论之外的黑洞范式提供观测依据。
2023-06-12 astro-ph.CO gr-qc
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
Axiverse and Black Hole
弦论/M理论通常预测,在四维紧致化后,会产生具有宽质量谱的轴子场,延伸到10^{-10}eV以下。这些轴子/场在不同的尺度上激发了丰富多样的宇宙物理现象,并为我们探索终极理论提供了新的窗口。在本文中,在概述了这个轴宇宙的想法,我采取了黑洞不稳定性作为最迷人的一个轴宇宙现象,并解释其物理机制和天体物理学的预测。
2011-11-11 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Primordial black holes as dark matter and gravitational waves from bumpy axion inflation
我们考虑一个机制,产生一个显着的人口原生黑洞(PBH)和可观察到的随机引力波背景(SGWB)内弦论启发模型的通货膨胀。在这个框架中,暴胀子被确定为一个非紧凑的类轴子场,次领先的非微扰效应可以将陡峭的悬崖连接到光滑的高原上的基础轴子势。当存在与阿贝尔规范场的耦合时,轴子在其势能的悬崖状区域上的运动会触发规范场的一个螺旋态的局域化产生,这是由于轴子在这样一个特征附近的短暂快速滚动造成的。在这种设置中,原始波动来源于矢量场表现出一个本地化的峰值在动量空间对应的模式,退出视界时,轴子速度是最大的。作为这一一般机制的应用,我们提出了一个例子,轴子膨胀既符合普朗克观测CMB尺度,并产生一个人口的轻PBH($M_{\rm PBH} \simeq 10^{-13} M_{\odot}$),可以占所有的暗物质。在这种情况下,增强的标量波动,导致PBH也产生一个可观察到的SGWB诱导起源在LISA尺度。由此产生的GW信号的振幅和形状继承了其标量源的特定属性(如非高斯性及其形状),这可能使我们能够将这种机制与其他暴胀场景和天体物理背景区分开来。这个GW信号与相应尺度下PBH分布的观测一起,可以提供一个窗口,在比宇宙微波背景(CMB)和大尺度结构(LSS)测量所探测的尺度小得多的尺度上观察暴胀动力学。
2021-01-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Primordial black hole formation from an axion-like curvaton model
我们认为冷暗物质的存在可以用原初黑洞来解释,我们证明了大量的原初黑洞可以在类轴子曲率模型中形成,在其中,高度蓝色-我们得到了原始曲率扰动的倾斜功率谱,发现产生的质量为$\sim 10^{20} -10^{38} \mathrm{g}$的黑洞解释了现在的冷暗物质,我们还讨论了形成冷暗物质的可能性质量为$\sim 10^5 M_{\odot}$的原始黑洞是超大质量黑洞的种子。
2013-03-21 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
Detuning primordial black hole dark matter with early matter domination and axion monodromy
我们提出了一个方案,改善了调谐问题存在于模型的原始黑洞暗物质从通货膨胀。我们的设置采用了引力坍缩的优势,在一个长期的早期物质统治与再加热温度$\lesssim 10^{6}~\text{GeV}$。此外,我们利用字符串启发类的模型,其中的暴胀子被确定为一个非紧凑的轴子字段。在这个框架中,暴胀子势中多个局部极小值的存在可以追溯到近似的离散移位对称性。这种情况允许形成原始黑洞的观测可行的质量范围($M_{\text{PBH}}\sim 10^{-13}M_{\odot}-10^{-16}M_{\odot}$)占所有的暗物质,并在良好的协议与CMB。至关重要的是,我们发现一个显着减少所需的调整的参数的膨胀潜力,在辐射统治的原始黑洞形成的标准情况下。然而,在物质支配的早期阶段,大量形成的轻PBH更容易与蒸发界限相冲突。我们讨论了如何在对坍缩能量密度分数的温和假设下避免这些问题。
2020-06-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stimulated capture of axion dark matter around primordial black holes
Univ Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra and CFisUC(科英布拉大学理学院和CFisUC)
该研究探讨原初黑洞周围轴子暗物质的受激捕获,推导类氢基态云形成与存活的判据,分析其在中子星磁层共振转换及微引力透镜畸变方面的观测意义。
2026-10-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Origin of Supermassive Black Holes from Axion Bubbles
本文修正了轴子气泡形成原初黑洞的模型,通过Peccei-Quinn标量在暴胀期间沿径向滚落来抑制轴子涨落,从而在避免观测限制的同时产生足量原初黑洞作为超大质量黑洞的种子。
2023-10-20 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting axion clouds around rotating black holes in binary systems
本研究首次探究含轴子自相互作用的双星系统旋近阶段轴子云演化,发现自相互作用下两类云团共存,其特征会印记在引力波相位修正中,且旋近阶段可能出现bosenova动力学不稳定性。
2024-12-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Domain Wall Formation from Level Crossing in the Axiverse
我们指出,畴壁的形成是一个更常见的现象,在轴向比以前认为的。如果轴子之间存在混合,并且当相应的规范相互作用变强时,一些轴子通过非微扰效应获得非零质量,则可能发生能级交叉。在能级交叉过程中,轴子势发生了显著的变化,从而对轴子动力学产生了不同的影响。我们发现,如果衰变常数有一个温和的层次,轴子开始沿着势的谷运行,穿过许多波峰和波谷,直到它被困在一个极小值中;{ \it轴子轮盘赌}。轴子动力学在振荡过程中表现出混沌行为,并且轴子最终稳定的最小值对初始失准角高度敏感。因此,轴子轮盘赌被认为是伴随着畴壁的形成。宇宙学畴壁问题可以通过在真空之间引入一个小的偏差来避免。我们讨论了畴壁湮灭对重子生成和未来引力波实验的宇宙学意义。
2015-05-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Superradiant Darwinism: survival of the lightest axion
本文研究多质量相近轴子场中旋转黑洞的超辐射不稳定性,发现较轻轴子最终胜出并影响黑洞双星并合残余产生的随机引力波背景。
2024-04-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Deci-Hz gravitational waves from the self-interacting axion cloud around the rotating stellar mass black hole
本文数值研究了旋转黑洞周围自相互作用轴子凝聚体的演化,考虑了更高多极模式,发现角量子数相差2的模式间跃迁产生十分之一赫兹频带的显著引力波信号,有望被未来探测器观测。
2024-04-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Formation of primordial black holes in an axionlike curvaton model
在一个与暴胀子耦合的类轴子曲率模型中,对原初黑洞(PBH)的形成机制进行了详细分析。复标量的相位方向起着曲率的作用,并产生足够的PBH来解释LIGO-Virgo合作中观察到的黑洞双星($\sim 30 M_{\odot}$)或PBH作为暗物质(DM)($\sim 10^{-12} M_{\odot}$)。我们检查我们的模型是否满足目前的限制PBH质谱,曲率扰动和二次产生的引力波。我们还考虑了窗函数选择的模糊性和非高斯性的影响。
2018-10-24 astro-ph.CO
Axion-Gauge Dynamics During Inflation as the Origin of Pulsar Timing Array Signals and Primordial Black Holes
本文论证轴子-规范场暴胀动力学可解释脉冲星计时阵列引力波信号并产生亚太阳质量原初黑洞,提出手性引力波搜索作为未来目标,并分析轴子-SU(2)耦合的局限性。
2024-07-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Radio signatures from encounters between Neutron Stars and QCD-Axion Minihalos around Primordial Black Holes
由于轴子与标准模型粒子的相互作用非常弱,因此探索QCD轴子暗物质(DM)假说极具挑战性。我们提出了一种新的途径来测试的QCD轴子DM通过瞬态无线电签名之间的遭遇来自中子星(NS)和轴子迷你晕周围的原始黑洞(PBH)。我们考虑一个一般的QCD轴子的情况下,PQ对称性破缺发生之前(或期间)的通货膨胀共存的一小部分DM的形式PBH。黑洞周围将出现典型的秒差距尺度的轴子微晕。迷你晕中的轴子密度可能远高于局部DM密度,而这些致密天体在今天银河系中的存在为检验轴子DM假说提供了一个新的机会。我们研究了银河系中小晕质量分布的演化,并估计了NS和装饰PBH之间的相遇率。我们发现,遇到引起的瞬态线状发射的射频光子产生的共振轴子光子转换在NS磁层和特征信号可以检测到与当前和未来的射电望远镜的灵敏度。因此,深入研究这些信号的搜索策略将为QCD轴子的探测提供新的途径。
2021-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational Imprints of Axion Clouds on Black-Hole Orbital Dynamics
Technische Universität Dortmund(多特蒙德工业大学);Ludwig-Maximilians-Universität(慕尼黑大学);Technical University of Denmark(丹麦技术大学)
本研究探讨原初黑洞周围轴子云的引力响应,通过一阶微扰理论和类时测地线数值积分,建立轴子波函数微观结构与轨道粒子宏观动力学的对应关系,为探测混合轴子-原初黑洞暗物质提供新框架。
2026-09-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Primordial black hole superradiance and evaporation in the string axiverse
该研究在弦轴子宇宙图景下,探究轻原初黑洞因轻轴子霍金发射自旋加快后触发的重轴子超辐射不稳定性,分析超辐射与蒸发的耦合动力学,得出质量-自旋分布规律并发现重轴子衰变可产生特征谱线。
2023-06-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Sublunar-Mass Primordial Black Holes from Closed Axion Domain Walls
我们研究了原始黑洞(PBH)的形成从封闭域壁(DWs)的崩溃,自然出现在QCD轴子模型附近的QCD尺度与主弦壁网络。通过渗流理论确定了封闭DW的粒径分布,并由此进一步得到PBH的质量分布和丰度。对PBH丰度的各种观测约束反过来也约束轴子参数。我们的模型更喜欢轴子质量的meV规模($f_{a}\sim 10^{9}$ GeV)。相应的PBH在月下质量窗口$10^{20}$ - $10^{22}$ g中(即,$10^{-13}$ - $10^{-11}M_{\odot}$),是对暗物质(DM)有重大贡献的PBH仍然可用的少数质量窗口之一。在我们的模型中,PBH丰度可以达到$\sim1\%$甚至更高的DM,对闭合轴子DW的形成效率敏感。
2020-01-07 astro-ph.CO hep-ph
NANOGrav results and LIGO-Virgo primordial black holes in axion-like curvaton model
我们讨论了最近NANOGrav的结果和原始黑洞(PBH)的LIGO-Virgo事件之间的可能联系。特别是,我们专注于类轴子曲率模型,它提供了相当数量的PBH和GWs引起的标量扰动周围的NANOGrav频率范围。这个模型的不可避免的非高斯性抑制了与LIGO-Virgo事件的PBH相关的诱导GW与NANOGrav结果兼容。我们表明,类轴子曲率模型可以解释PBH的LIGO-Virgo事件和NANOGrav的结果同时。
2021-04-06 astro-ph.CO hep-ph
Microlensing events and primordial black holes in the axionlike curvaton model
ICRR, University of Tokyo(东京大学宇宙射线研究所);Kavli IPMU (WPI), UTIAS, University of Tokyo(东京大学汤川理论物理研究所);Department of Physics, Tohoku University(东北大学物理学系)
本文研究了轴子类曲率子模型中原初黑洞与微透镜事件的关系,并探讨了其对引力波等宇宙学现象的影响。
2026-02-10 astro-ph.CO hep-ph
Crowdsourcing Gravitational Waves from Superradiant Axions
King’s College London(伦敦国王学院);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);RIKEN iTHEMS(理化学研究所iTHEMS中心)
本文研究超辐射轴子产生的引力波,分析了银河系中1000万颗黑洞及宇宙中轴子云的信号影响,探讨了LIGO及未来探测器对轴子质量的探测能力。
2026-10-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Axion Structure Formation I: The Co-motion Picture
作为暗物质的轴子是天体物理学和宇宙学中日益重要的研究课题。实验和观测搜索正在跨越轴子类粒子的质谱,其中许多需要在广泛的尺度上详细了解轴子结构。然而,目前对轴子结构的理解还远未完成,这主要是由于对候选者高度简并状态的建模存在争议。系列轴子结构的形成旨在开发一个一致的模型QCD轴子暗物质动力学,遵循其高度退化的性质,到目前为止,使用新的建模技术和复杂的模拟。本文提出了描述具有最小自由度的多个非相对论性轴子的问题,并建立了一个完全凝聚极限下的轴子下落理论。导出的模型所示包含轴子特定的动力学不像交换相关的影响所经历的相同的费米子。微扰计算是为了探索早期宇宙结构中印记的可能性。
2018-10-22 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Lattice study of primordial black hole formation in bumpy axion inflation
Kavli IPMU (WPI), UTIAS, University of Tokyo(东京大学);ICRR, University of Tokyo(东京大学);Physics Division, Faculty of Science, Kanagawa University(神奈川大学);RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN(理化学研究所);Department of Physics, Tohoku University(东北大学)
利用格点模拟研究凹凸势轴子U(1)暴胀模型中曲率扰动的增强及其导致的原始黑洞形成,发现产生的黑洞丰度足以解释暗物质。
2026-07-03 astro-ph.CO hep-ph
Primordial Black Holes from the QCD axion
我们提出了一种产生原始黑洞(PBH)的机制,它与宇宙膨胀无关,发生在略低于QCD相变的位置。我们的设置依赖于长寿命的弦域壁网络的崩溃,并自然地实现在QCD轴子模型与域壁数$N_{DW}>1$和Peccei-Quinn对称性破缺膨胀后。在我们的框架中,暗物质主要由meV质量范围内的轴子以及一小部分重$M \sim 10^4-10^7 M_\odot$ PBH组成,即$Ω_{\text{PBH}} \gtrsim 10^{-6} Ω_{\text{CDM}} $。后者可在减轻$Λ$清洁发展机制模型在亚银河尺度上的某些缺点方面发挥作用。这种情况在正在进行的轴子搜索以及引力波观测站中都有明显的特征。
2019-02-21 astro-ph.CO hep-ph
Supermassive black holes triggered by QCD axion bubbles
本文提出QCD轴子泡在QCD相变期间通过暴胀后显式PQ对称性破缺产生原初黑洞,其质量范围约为10^4-10^7倍太阳质量,可作为星系中心超大质量黑洞的种子。
2024-04-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Enhanced Early Galaxy Formation in JWST from Axion Dark Matter?
本文提出在具有延迟振荡开始的类轴子粒子暗物质模型中,局域大质量天体的形成可增强早期结构形成,从而解释JWST观测到的早期星系超量,并确定了可行的ALP质量参数空间及其互补观测特征。
2024-10-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion inflation with gauge field production and primordial black holes
在暴胀子为赝Nambu-Goldstone玻色子(轴子)且暴胀子与某个规范场耦合的宇宙学情形下,研究了辐射时代开始时原初黑洞(PBH)的形成过程.在这个模型中,暴胀伴随着规范量子的产生,并且预测了小尺度下曲率功率谱振幅的强烈上升(以及非高斯性)。我们表明,PBH搜索的数据可以用于导出的基本约束的模型参数在这样的轴子膨胀的情况下。我们比较我们的数值结果与类似的结果发表在早些时候,在林德等人的工作。
2014-10-19 astro-ph.CO hep-ph