Dilution of axion dark radiation by thermal inflation
Peccei-Quinn(PQ)机制中的轴子为解决粒子物理标准模型中的强CP问题提供了一个有希望的解决方案。相干产生的PQ标量场可能主导早期宇宙的能量密度,并衰变为相对论性轴子,这将与当前的暗辐射约束相冲突。我们研究了由$U(1)$规范希格斯场驱动的热膨胀稀释这种轴子的可能性。一个动机良好的额外规范$U(1)$是局部$B-L$对称性。我们还讨论了$U(1)_{B-L}$的情况下,在这样的宇宙学和一个可用的重子生成机制的含义。
2015-08-11 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
Structure of Axion Miniclusters
利用Peak-Patch算法识别由弦衰变模拟的初始轴子密度场中的微团簇种子。这些致密种子的命运是通过追踪宇宙学$N$体模拟中随后的引力坍缩来发现的。我们发现,miniclusters在晚些时候很好地描述了NFW配置文件,虽然约80\%的模拟miniclusters一个单一的幂律密度配置文件的$r^{-2.9}$是一个同样好的适合由于未解决的规模半径。假设所有未解决的尺度半径的小星团所描述的幂律加轴子星密度分布,我们确定了一个显着数量的小星团,可能是足够密集的,以引起引力微透镜,如果轴子质量是$0.2 \,\mathrm{meV}\lesssim m_a \lesssim 3\,\mathrm{meV}$。更高分辨率的模拟解决内部结构和轴子恒星的形成是必要的,以进一步探索这种可能性。
2022-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Optical Lensing by Axion Stars: Observational Prospects with Radio Astrometry
轴子和类轴子粒子(ALP)是一些最有动机的暗物质(DM)候选者。在某些情况下,早期宇宙中的大轴子波动可以坍缩形成称为轴子团的密集结构。密度轴子团是一种亚稳态,称为介子。在本文中,我们提出了一类新的可观测量,利用轴子的光子耦合。这种耦合的结果是,轴子团的作用就像一种非均匀折射光学介质--透镜--会导致入射电磁波的反常色散。轴子团对电磁波的散射,清楚地将这种透镜效应与引力透镜区分开来。在背景射电源前经过的轴子团块充当透镜,并导致明显的位置偏移,这可能会被即将到来的平方公里阵列(SKA)的高精度射电天体测量任务发现。我们讨论的敏感性SKA透镜效应在各种轴子晕模型。虽然引力微透镜测量对以不发光天体形式存在的DM的数量有很强的限制,但对质量范围为$[10^{-14}, 10^{-11}] M_\odot$的天体却无法做到这一点。我们发现,在很宽的参数空间范围内,SKA将是敏感的光学透镜在质量范围内,目前不受微透镜调查的光子。
2021-05-20 astro-ph.CO hep-ph
Oscillon of Ultra-Light Axion-like Particle
超轻类轴子粒子是冷暗物质的重要候选者之一。由于质量为$\sim 10^{-22} {\rm eV}$的中微子的德布罗意波长为$\mathcal{O}({\rm kpc})$,因此利用不确定原理抑制小尺度结构可以解决核尖点问题。通常,宇宙中的能量被假定为均匀分布在当前宇宙中。然而,在典型的量子势中,振荡开始时的强自共振引起了大的涨落,这可能导致形成致密的局域物体,量子子。%这样一个致密的物体存在很长时间,它可能会影响宇宙的演化。本文用数值模拟的方法证实了非对称势中的介子的形成,并解析地导出了它的寿命。
2019-09-24 astro-ph.CO hep-ph
Collapse of Axion Stars
轴子星是低能轴子粒子的引力束缚态,具有引力稳定性所允许的最大质量。获得这个最大质量的弱束缚态具有足够大的半径,使得它们是稀释的,因此,它们可以通过轴子势的首阶展开来很好地描述。较重的状态容易受到引力坍缩的影响。包含高阶相互作用,目前在全势,可以给出质的不同的结果,在崩溃的重态的分析相比,领先的顺序展开。在这项工作中,我们发现坍缩的轴子星是稳定的排斥相互作用存在于充分的潜力,提供证据表明,这样的对象不形成黑洞。在坍缩的最后时刻,轴子星的结合能迅速增长,我们提供的证据表明,它的大量能量是通过相对论性轴子的快速发射而损失的。
2017-04-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
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
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
Scalars Gliding Through an Expanding Universe
在这篇文章中,我们研究了在大质量玻色场中的单阶导数混合效应。在大混合的制度,我们表明,这导致显着的变化的领域的动力学,延迟经典振荡的发病和减少,甚至消除,由于哈勃膨胀的摩擦。我们用几个例子来强调这一现象。在第一个例子中,我们展示了如何轴子样粒子可以有它的数量丰度参数增强。在第二个例子中,我们证明了QCD轴子可以有它的数量丰度增强允许错位驱动的轴子暗物质一路下降到$f_a$的顺序天体物理界。在第三个例子中,我们证明了标量场的延迟振荡也可以维持一个暴胀周期。在最后一个例子中,我们提出了一个振荡的标量场是完全无摩擦的,并且不随时间稀释的情况。
2020-07-27 astro-ph.CO hep-ph
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
Acoustic Misalignment Mechanism for Axion Dark Matter
本文提出轴子暗物质的声学失配机制:旋转复标量场凝聚体中的声波涨落可在稀释后成为轴子暗物质,其丰度在径向场足够重时可超过常规与动力学失配贡献。
2025-03-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
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 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
The isotropic attractor solution of axion-SU(2) inflation: Universal isotropization in Bianchi type-I geometry
SU(2)规范场耦合到轴子场时,在暴胀过程中可以得到各向同性的背景解.我们研究在这种(无质量)规范场存在下的均匀但各向异性的暴胀解。宇宙学背景中的规范场可能对空间各向同性构成威胁。然而,我们发现,这样的模型$\textit{generally}$各向同性的Bianchi I型几何,各向同性的解决方案是吸引子。通过添加轴对称来限制设置,我们重新审视了Wolfson et.al(2020)中提出的数值分析。我们发现,在以前的分析报告的数值故障是一个工件的参数化奇异性。我们使用一个新的参数化,是定义良好的整个相空间。我们证明了系统遵守宇宙无毛猜想,并且各向异性总是在几个e-折叠内被稀释。
2021-09-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Transient Radio Signatures from Neutron Star Encounters with QCD Axion Miniclusters
如果Peccei-Quinn对称性在暴胀后被打破,QCD轴子预计会形成称为轴子微团的致密结构。幸存至今的小星团将与银河系中的中子星(NS)相互作用,在NS磁层中通过轴子-光子转换产生瞬态无线电信号。我们量化了这些遭遇的性质,发现它们经常发生($\mathcal{O}(1-100)\,\mathrm{day}^{-1}$);持续一天到几个月;在空间上聚集在银河系中心;并且可以达到可观测的通量。这些无线电瞬变是在当代望远镜的范围内,因此提供了一个有希望的途径来发现QCD轴子暗物质。
2021-10-22 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Disruption of Dark Matter Minihaloes in the Milky Way environment: Implications for Axion Miniclusters and Early Matter Domination
本研究通过半解析模型和N体模拟调查了银河系环境中暗物质微型晕的恒星与潮汐瓦解效应,结合层级组装提出预测框架,发现致密微型晕存活比例约60%,为轴子微星团等局部观测提供理论约束。
2023-04-04 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Gauge coupling jump and small instantons from a large non-minimal coupling
University of Tokyo(东京大学);Tokyo Metropolitan University(东京都立大学)
本文研究了大非最小耦合对gauge耦合阈值效应的影响,发现gauge耦合在中间尺度附近跃迁,并可能增强小瞬子贡献,从而影响QCD轴子相关问题。
2024-11-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Axion Miniclusters in Modified Cosmological Histories
如果导致轴子暗物质场起源的对称性破缺发生在暴胀结束之后,并且永远不会恢复,那么轴子场中的过密度就会坍缩,形成文献中称为轴子微团的致密物体。对典型微星系团质量和半径的估计强烈依赖于轴子振荡开始的宇宙学细节。在这项工作中,我们研究的性质和现象的miniclusters在不同的宇宙历史,并发现它们可以改变许多数量级。我们的研究结果对当前和未来的实验研究有直接的影响,并且在发现的情况下,可以用来了解大爆炸核合成之前的宇宙膨胀。
2019-12-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A dipole amplifier for electric dipole moments, axion-like particles and a dense dark matter hairs detector
一种工具,可以限制,在几分钟内,超出标准模型参数,如电偶极矩(EDM)下降到一个下限$d_\text{e}^{\cal{N}}<10^{-37}\text{e}\cdot\text{cm}$在散装材料,或耦合的类轴子粒子(ALP)光子下降到$|G_{aγγ}|<10^{-16}$ ~GeV $^{-1}$,描述。对于中子EDM,最佳极限为$d^n_e<3\cdot10^{-26}\text{e}\cdot\text{cm}$,而对于$|G_{aγγ}|<6.6\cdot10^{-11}$,最佳极限为~GeV $^{-1}$。{ \it偶极放大器}由沉浸在环形磁场中的超导回路构建而成,即$\vec{B}$。当在伦敦穿透深度的核磁矩与$\vec{B}$对齐时,体磁化总是伴随着EDM诱导的体电场$\vec{E}\propto\vec{B}$,其产生具有特征频率$ω_{\text{D}}\propto d_\text{e}^{\cal{N}}$的可检测的振荡超电流。冷暗物质(CDM)ALP在形式上是相似的,其中$ω_\text{D}\propto |G_{aγγ}|\sqrt{n_a/(2m_a)}$和$m_a$是ALP质量,$n_a$是数密度。如果$|G_{aγγ}|\sqrt{n_h/(2m_a)}>4.9\cdot10^{-27}$其中$n_h$是毛发中的ALP数密度,则具有偶极放大…
2016-04-07 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
A Unified Numerical Study of Axion Stars: From the Nonrelativistic Regime to General Relativity
本研究通过统一数值比较四种理论描述,确定了轴子星结构在不同耦合强度下适用的理论框架,为选择牛顿、相对论修正或广义相对论描述提供了系统基准。
2026-09-15 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Resonant backreaction in axion inflation
轴子暴胀需要暴胀子场通过陈-西蒙斯项与规范场耦合。这导致在暴胀期间产生强规范场,其对暴胀运动方程产生反作用。在这里,我们表明,这个强非线性系统一般经历了共振增强的规范场生产,导致在暴胀子速度以及在规范场频谱的振荡功能。规范场在小尺度上产生了强烈增强的标量功率谱,超过了以前的估计。对于适当的参数选择,这些过密区域的崩溃可以导致大量的(轻)原始黑洞的显着的现象学后果。
2020-08-12 astro-ph.CO hep-th