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
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
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
Nuclear medium cooling scenario in the light of new Cas A cooling data and the 2 M_sun pulsar mass measurements
最近，Elshalty等人在钱德拉近十年测量数据的基础上，重新分析了超新星遗迹仙后座A中中子星的表面温度，并增加了一个新的数据点。我们表明，所有可靠的已知的中子星的温度数据，包括那些属于仙后座A可以舒适地解释在我们的“核介质冷却”的中子星的情况。冷却速率解释了稠密物质中的介质修正的一π交换、对1S_0态的超流中子和质子配对的破偶形成过程中的极化效应以及其他相关过程。3P_2态中电子对断裂形成过程的发射率在我们的方案中是一个很小的量。成功描述仙后座A冷却的关键是电子和核子的热导率被介质效应降低。此外，我们利用了一个EoS，它在高密度下由于排除体积效应而变硬，并且能够描述2.1 M太阳的最大质量，因此包括PSR J1614-2230和PSR J 0348 +0432的最近测量。
2013-12-01 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
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
Impacts of axion cooling on the direct detection of supernova axions
Keio University（庆应义塾大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；National Institute of Technology (KOSEN), Numazu College（国立高等专门学校名古屋工业技术大学）
针对超新星轴子探测事件数仅经后处理框架估算的不足，本研究开展耦合轴子发射的9.6倍太阳质量恒星超新星模拟，发现轴子冷却的非线性反馈会降低轴子探测事件数，为轴子可探测性预测提供了关键依据。
2025-11-18 astro-ph.CO 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
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
Axion Emission from Proton Cooper Pairs in Neutron Stars
本文重新推导了中子星中质子库珀对发射轴子的发射率，发现近期一项研究因对有效质量依赖不同而产生超一个数量级的偏差，并证明该偏差不受状态方程选择影响，从而显著影响KSVZ轴子约束。
2025-02-26 hep-ph
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
Is there a supernova bound on axions?
我们提出了一个关键的SN1987A超新星冷却轴子和其他轻粒子的评估。核心塌陷模拟在文献中用来证实边界省略的计算包层外部的原始中子星（PNS）。因此，在这些模拟中，中微子的唯一来源是，通过构造，冷却PNS。我们表明，如果经典的延迟中微子机制未能爆炸SN 1987 A，如果预塌缩的恒星旋转，那么吸积盘将形成，可以解释晚时间（$t\gtrsim5$秒）中微子事件。如果SN 1987 A是一个由中子引发的热核爆炸，那么这种吸积盘将是一种自然特征。轴子不会冷却圆盘，也不会影响它的中微子输出，只要圆盘对中微子来说是光学薄的，就像它自然的那样。这些考虑使人们对超新星冷却边界产生了怀疑。
2020-06-11 astro-ph.HE hep-ph
Axion Production from Landau Quantization in the Strong Magnetic Field of Magnetars
我们利用精确的量子计算来探讨磁星强磁场存在下电子和质子的轴子发射。轴子是通过强磁场产生的朗道能级之间的跃迁发射的。由质子发射的轴子的光度比电子的大得多，并随着物质密度的增加而变强。轴子发射冷却被证明是远远大于中微子冷却的Urca过程。因此，地壳中的轴子发射可能对磁星的冷却有重要贡献。然而，在高密度核心中，它可能会导致磁星的加热。
2017-07-03 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Cooling binary neutron star remnants via nucleon-nucleon-axion bremsstrahlung
QCD轴子是由粒子物理的强CP问题激发的一种假想粒子。可以推断它存在的主要方法之一是通过它作为恒星中额外的冷却通道的功能，其中一些最强的限制来自超新星SN 1987 A的观测。对双中子星合并（如GW 170817，AT 2017 gfo和GRB 170817 A）的多信使观测可能提供另一种可以获得这种约束的情况。特别是，轴子可能会改变生命周期、物质喷射和合并后残余物发出的引力波信号。在这篇文章中，我们进行了数值相对论模拟的二元中子星合并，包括核子-核子-轴子韧致辐射的唯象描述量化的影响，这样的冷却通道的动力学演化。虽然我们的模拟显示了合并残余物的温度分布的差异，但通过核子-核子-轴子韧致辐射对发射的引力波信号和喷出物质量的影响太小，无法通过当前或未来计划的探测器改善对轴子质量的限制。虽然我们考虑了有限数量的情况下，和一个简化的冷却模型，这些广泛代表了“最好的情况”的情况下，因此，更彻底的调查是不可能改变的结论，至少对于这个特定的相互作用通道。
2019-09-03 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing axions with the neutrino signal from the next galactic supernova
我们研究了轴子发射在模拟大质量恒星爆炸的影响，作为补充标准中微子发射的能量损失的额外来源。这个通道的加入缩短了初生质子中子星的冷却时间，从而缩短了中微子信号的持续时间。我们将轴-物质耦合强度作为自由参数来研究它对质子中子星演化以及对中微子信号的影响。我们进一步分析了当前和下一代地下中微子探测器中增强冷却的可观测性，表明可以探测轴子质量$m_a \gtrsim 8 \times 10^{-3}$ eV的值。因此，对银河系超新星中微子的观测将为探测计划中的日光镜实验-国际轴子观测站（IAXO）-范围内的轴子质量提供宝贵的可能性。
2016-09-26 astro-ph.HE hep-ph
Revisiting the Impact of Axions in the Cooling of White Dwarfs
研究表明，白矮星的光度函数形状可以成为检查DFSZ轴子可能存在的有力工具。特别是，Isern等人（2008）指出，如果轴子的质量是几meV的数量级，那么白矮星的光度函数就足够灵敏，可以检测到它们的存在。对于大约$m_a > 5$ meV的轴子质量的轴子发射可以是一个主要的冷却机制的白矮星和反馈到白矮星的热结构的轴子发射需要考虑。在这里，我们提出的白矮星冷却序列的计算，考虑到轴子发射的影响，在一个自洽的方式通过完整的恒星演化计算。然后，我们研究和讨论了轴子辐射对白矮星光度函数的影响。
2012-10-01 astro-ph.SR hep-ph
Axion Constraints from White Dwarf Cooling in 47 Tucanae
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
通过分析47天琴座白矮星冷却，研究轴子发射对冷却速率的影响，得出新的轴子-电子耦合常数约束。
2026-09-09 astro-ph.GA astro-ph.SR hep-ph
Natural explanation for 21cm absorption signals via axion-induced cooling
EDGES合作组织报道了一个非常强的21厘米吸收特征，对应于第一颗恒星形成的时代，这可能间接地揭示了暗物质在这个时代的影响。我们证明，凭借调解冷却过程的能力，而在凝聚相，少量的轴子暗物质可以解释这些观测的范围内的标准模型的轴子和轴子样粒子。EDGES的最佳拟合结果有利于类轴子粒子的质量在（10，450）meV的范围内，这可以被压缩为QCD轴子（100，450）meV的微调的情况下。未来的实验和大规模调查，特别是国际轴子观测站（IAXO）和EUCLID，应该有能力直接测试这种情况。
2018-08-23 astro-ph.CO hep-ph
A detailed exploration of the EDGES 21 cm absorption anomaly and axion-induced cooling
EDGES合作对宇宙黎明时代周围21厘米处强烈吸收特征的观测，通过提出宇宙氢冷却过程中暗物质的新特征，为宇宙学界注入了活力。在最近的一封信中，我们认为，凭借在凝聚相时调解冷却过程的能力，少量的轴子暗物质可以在轴子和轴子类粒子的标准模型的背景下解释这些观察结果。这些轴子和类轴子粒子（ALP）可以通过引力自相互作用而热化，最终形成玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），于是大规模的长程关联可以产生实验上可观察到的信号。在这种情况下，EDGES的最佳拟合结果有利于在（6，400）meV范围内的轴子状粒子的质量。未来的实验和星系调查，特别是国际轴子天文台（IAXO）和EUCLID，应该有能力直接测试这种情况。在本文中，我们将详细探讨这一机制，并给出某些关键点的更彻底的计算细节。
2021-03-13 astro-ph.CO hep-ph
Flavor-Violating Higgs Decays and Stellar Cooling Anomalies in Axion Models
我们研究一类DFSZ类模型的QCD轴子，可以解决观察到的异常恒星冷却。通过抑制与核子的耦合，避免了来自SN 1987 A和中子星的严格约束，而轴子与电子和光子的耦合是相当大的。所有的轴子耦合都依赖于一些参数，这些参数也控制着扩展的希格斯扇区，特别是像标准模型中的希格斯玻色子$h$那样的轻子变味耦合。这使我们能够将轴子和希格斯现象联系起来，我们发现${\rm BR}(h \to τe)$可以大到目前实验界的0.22%，而${\rm BR} (h \to μμ)$可以比标准模型大70%。参数空间的大部分将由下一代轴子太阳观测仪（如IAO实验）进行测试。
2021-07-20 hep-ex 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
Muons in supernovae: implications for the axion-muon coupling
本文通过生成迄今最大规模的含μ子超新星模拟，证明SN 1987A的冷却速率观测对类轴子粒子与μ子的耦合施加了强约束，将耦合限制在$g_{aμ} < 10^{-7.5}~\ ext{GeV}^{-1}$。
2024-05-31 astro-ph.HE hep-ph
Semi-analytic bounds on axion-like-particle supernovae emission
Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）
本文通过半解析方法研究超新星中轴子类粒子的约束，考虑有限质量并推导耦合与质量平面的界限，验证方法的稳健性。
2026-04-30 astro-ph.HE hep-ph
Hints of new physics from stars
我们回顾和更新的恒星冷却和他们的解释方面的轴子和轴子类粒子观测到的异常的现状。
2016-11-15 astro-ph.HE hep-ph
Stellar cooling anomalies and variant axion models
许多恒星系统的观测结果表明，与标准理论的预测相比，恒星系统对快速冷却的偏好是温和的，这导致了一种猜测，即恒星中存在一种额外的能量损失机制，这种机制起源于轴子的发射。我们通过对几个系统不确定性的保守评估重新审视了恒星冷却异常的全球分析，发现冷却暗示的意义变得较弱，但仍然表明在2.4 $\,σ$附近存在非零的轴-电子耦合。与修订后的分析结果，我们探讨的可能性，这种过度的能量损失解释的框架内的变体轴子模型，这需要两个希格斯二重态和风味依赖的Peccei-Quinn电荷分配。这些模型解决了传统KSVZ/DFSZ模型中面临的两个基本问题，预测了一个相当大的轴子耦合到电子所需的解释冷却异常，并在同一时间提供了一个解决方案的宇宙学畴壁问题。我们还发现，一个特定的结构的轴子耦合到电子和核子略有放松的约束，从超新星1987 A和扩大可行的参数区域相比，DFSZ模型。结果表明，良好的全球拟合的观测数据得到的轴子质量范围的$0.45\,\mathrm{meV} \lesssim m_a \lesssim 30\,\mathrm{meV}$，预测的参数区域可以在即将到来的日光镜搜索进行探测。
2020-03-11 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Ultralight axion or axion-like particle dark matter and 21-cm absorption signals in new physics
Joint Institute for Nuclear Research（俄罗斯杜布纳联合核研究所）
本文研究超轻轴子暗物质通过重子冷却和光子加热解释21厘米吸收信号，并发现加热效应消除了冷却产生的多余中微子种类数。
2025-10-16 hep-ph
QCD Axion Domain Walls from Super-Cooling First Order Phase Transition
本文探究了NANOGrav信号可能源自的过冷一阶相变如何改变QCD轴子演化，发现其可诱导轴子经历短暂的迷你动力学错配并促使QCD轴子畴壁形成，为轴子存在与引力波信号解释提供新启示。
2025-06-24 astro-ph.CO hep-ph
Are strongly magnetized degenerate stars cooling by axion emission?
最近我们考虑了强磁场中的$B$过程作为一种新的轴子产生机制。在强磁化中子星的轴子光度小于中微子光度的条件下，得到了轴子电子耦合常数的束缚$g_{ae} \lsim 10^{-10}$。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，我们得到了$g_{ae}\lsim 9 \cdot 10^{-13} (T/10^7)^{5/4} (B/10^{10})^{-2}$，其中$T$是白矮星的内部温度。在这里，我们注意到，所观察到的缺乏磁化白矮星与低温的银盘也可以解释为一个签名的轴子发射。此外，我们推测，轴子发射可以解释为什么假定的星系晕人口的白矮星是如此暗淡。
1997-09-22 astro-ph hep-ph
Cooling of young neutron stars and dark gauge bosons
在核子超流性存在下的标准冷却方案与对中子星的观测相当吻合。这意味着恒星冷却的论点可能会对新粒子的性质施加严格的限制。我们特别研究了非常年轻的中子星：仙后座A和SN 1987 A的残余物的暗规范玻色子引起的冷却速率。冷却主要是由核子对破裂和核心的形成或由地壳中的电子韧致辐射，这取决于恒星的年龄和耦合的形式。计算了额外的暗规范玻色子辐射对年轻中子星冷却曲线的影响，得到了暗规范玻色子质量小于$\mathcal{O}(0.1)\,{\rm MeV}$时的束缚，暗光子的混合参数乘以其质量$\varepsilon m_{γ^\prime} < 1.5 \times 10^{-8}\,{\rm MeV}$，${\rm U}(1)_{B-L}$规范玻色子与核子和电子的耦合系数为$e^\prime < 10^{-13}$ .我们还讨论了Cas A的快速冷却可能为${\rm U}(1)_{B-L}$规范玻色子的存在提供线索的可能性。
2021-04-29 astro-ph.HE hep-ph
Long-term neutrino emission from a core-collapse supernova with axion-photon coupling
National Institute of Technology, Numazu College（国立技术大学沼津学院）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）
研究核心塌缩超新星中轴子-光子耦合对长期中微子辐射的影响，发现轴子冷却效应在晚期显现，中微子事件数估计表明未来可能通过长期中微子信号探测轴子。
2025-09-07 astro-ph.HE hep-ph
An independent limit on the axion mass from the variable white dwarf star R548
具有富氢大气层的脉动白矮星，也被称为DAV星，可以用作天体物理实验室，以限制轴子等基本粒子的性质。将这些恒星的测量冷却速率与理论模型的预期值进行比较，使我们能够寻找由于弱相互作用粒子的发射而产生的额外冷却源。在本文中，我们提出了一个独立的推断的质量的轴子使用最近确定的进化冷却速率的R548，DAV类原型。我们采用了一个国家的最先进的代码，使我们能够执行一个详细的asteroseisological适合完全进化序列的基础上。恒星冷却是DAV类的周期随时间变化率（$\dotΠ$）的唯一原因。因此，包含在这些序列中的轴子发射显着影响演化的时间尺度，也预期的脉动特性的DAV星。这使我们能够将理论$\dotΠ$值与R548的周期随时间的相应经验变化率进行比较，以辨别轴子冷却的存在。我们发现，如果在R548的213.13秒的主导周期与被困在氢包层的脉动模式，我们的模型表明存在额外的冷却在这个脉动白矮星，符合质量$m_{\rm a} \cos^2 β\sim 17.1$ meV的轴子在2 $σ$的置信水平。该测定结果与从另一种经过充分研究的DAV G117 $-$ B15 A推断的值一致。我们现在有两个独立的和一致的估计从DAVs获得的轴子的质量，虽然其他脉动的白矮星的额外研究需要确认这个值的轴子质量。
2012-11-14 astro-ph.SR 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
White dwarfs as physics laboratories: the case of axions
白矮星几乎是完全简并的天体，无法从热核源获得能量，因此它们的演化只是一个重力热冷却过程。最近在光度函数的准确度和精确度以及可变白矮星的脉动数据方面的改进表明，它们的冷却速度比传统理论预期的要快。在这篇文章中，我们表明，包括一个额外的冷却项，由于轴子能够与电子相互作用的耦合常数g_ae ~（2-7）× 10 ^{-13}允许更好地拟合的观察。
2012-04-16 astro-ph.SR hep-ph
Cool WISPs for stellar cooling excesses
与理论模型相比，几个恒星系统（白矮星、红巨星、水平分支星，可能还有超新星遗迹仙后座A中的中子星）显示出对非标准冷却机制的轻微偏好。这种奇异的冷却可以由弱相互作用的细长粒子（WISP）提供，它产生于热的核心，并不受恒星阻碍，直接导致能量损失。单独来看，这些过剩并没有显示出强大的统计权重。然而，如果一种机制可以始终如一地解释其中的几个，那么这个暗示可能是重要的。我们从中微子反常磁矩、微荷电粒子、隐藏光子和类轴子粒子（ALP）等方面分析了这些线索。其中，ALP或无质量HP代表了最佳解决方案。有趣的是，暗示的ALP参数空间可以用于下一代ALP搜索，如ALPS II和IAXO，而无质量的HP需要多TeV的能量尺度的新物理，这可能在LHC上可以访问。
2016-05-30 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Axion Dark Matter and Cosmological Parameters
我们观察到，大爆炸核合成（BBN）后，但在重组前的光子冷却可以消除观测值和理论预测值之间的冲突的原始丰度的$^7$锂。这种冷却通常难以实现。然而，最近认识到暗物质轴子形成玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）提供了一种可能的机制，因为冷得多的轴子可能与光子热接触。这一提议预测了宇宙微波各向异性谱测量到的高有效中微子数。
2012-01-23 astro-ph.CO hep-ph
Searching for relativistic axions in the sky
本研究提出利用SKA射电望远镜对Seg I矮星系进行100小时观测，可搜寻相对论性轴子，探测未被现有实验约束的参数空间，同时量化了湍动磁场与玻色增强效应带来的灵敏度不确定性。
2023-08-22 astro-ph.HE hep-ph
Axions at the International Axion Observatory
具有meV质量的QCD轴子可以在一些恒星冷却异常的背后，形成宇宙中全部或部分的冷暗物质。我们讨论了一个建议的实验，以发现太阳流量的meV质量轴子：国际Axion天文台：IAO。
2016-01-04 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Axion global fits with Peccei-Quinn symmetry breaking before inflation using GAMBIT
我们提出了宇宙学稳定的类轴子粒子和QCD轴子模型在0.1 neV到10 eV的质量范围内的全球拟合。我们专注于Peccei-Quinn对称性在膨胀结束前被打破的情况，这样轴子场的初始值可以被认为是均匀的，在整个可见宇宙中。我们包括详细的似然函数，从光照射通过墙壁的实验，haloscopes，helioscopes，轴子遗迹密度，水平分支恒星，超新星1987 A，白矮星冷却，和伽马射线观测。我们进行了频率论和贝叶斯分析，包括白矮星冷却。我们探讨了不同模型中存在的微调程度，并确定了QCD轴子模型可以解释宇宙中的暗物质和冷却提示的参数区域，将它们与特定的DFSZ和KSVZ型模型进行比较。我们找到最可信的参数区域，使我们能够设置（先验依赖）的轴子质量的上限和下限。我们的分析还表明，在这种情况下，QCD轴子最有可能构成宇宙中暗物质的一个不可忽略但次主导的组成部分。
2019-10-17 astro-ph.CO hep-ph
New Limits on Ultralight Axionlike Dark Matter from Reanalyzed Data
本文重新分析 Lorentz/CPT 破缺实验数据，在超轻类轴子质量区间给出轴子–核子耦合新限制，部分结果改进逾3个数量级并超越 SN1987A 天体物理限制。
2025-07-29 astro-ph.HE hep-ph
Astrophysical Axion Bounds
高温稠密等离子体的轴子辐射是恒星能量损失的一个新通道。观测结果包括太阳声速剖面的修改，太阳中微子通量的增加，球状星团恒星氦燃烧寿命的减少，加速白矮星冷却，以及超新星SN 1987 A中微子爆发持续时间的减少。我们审查和更新这些参数，并总结由此产生的轴子约束。
2006-11-28 hep-ph
New axion bounds derived from the 100-parsec Gaia DR3 white dwarf luminosity function
Instituto de Astrofísica de La Plata, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas（拉普拉塔天体物理研究所，阿根廷国家科学研究委员会）；Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas, Universidad Nacional de La Plata（拉普拉塔国立大学天文与地球物理学院）；Departament de Física, Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学物理系）；Department of Theoretical Physics, CERN（欧洲核子研究组织理论物理部）；Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma & Sezione INFN Roma1（罗马第一大学物理系及意大利国家核物理研究所罗马一分部）；Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所粒子物理与天体物理学系）
利用Gaia DR3数据，研究发现轴子耦合强度上限为1.68×10^-13，推翻了先前对白矮星冷却通道的理论预测。
2026-11-03 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Axion emission from strange matter in core-collapse SNe
本研究基于SN 1987A中微子暴持续时间约束，首次定量分析超新星内奇异物质的轴子发射，纳入完整重子与介子八重态计算发射率，得到轴子-奇异夸克耦合的首个约束及轴子-下夸克-奇异夸克耦合的最强约束。
2024-09-18 astro-ph.HE hep-ph
An axion constraint from the diffuse supernova neutrino background indicated by Super-Kamiokande
Keio University（庆应义塾大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（综合研究大学院大学）；Department of Astronomy, The University of Tokyo（东京大学天文学系）；Theory Center, IPNS, KEK（高能加速器研究机构理论中心）；Kavli IPMU (WPI), The University of Tokyo（东京大学加瓦利宇宙起源研究前沿中心）；National Institute of Technology (KOSEN), Numazu College（静冈县立沼津工业高等专门学校）
本研究利用超级神冈探测器指示的弥散超新星中微子背景，通过中微子辐射流体动力学模拟，得到轴子-质子耦合常数的1σ上限，该约束不依赖单个超新星性质，可用于其他相关弱相互作用粒子研究。
2026-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
X-ray Signatures of Axion Conversion in Magnetic White Dwarf Stars
白矮星（WD）可能会辐射出其恒星核心产生的keV能量的轴子。这已经被广泛研究，作为WD可能冷却的额外通道，一些分析甚至表明轴子可以帮助解释观察到的WD光度函数。我们表明，辐射的轴子可以转换成X射线的强磁场周围的WD，导致可观察到的X射线签名。我们使用WD RE J 0317 -853的朱雀观测来设置迄今为止对轴子-电子组合的最强约束。（$g_{aee}$）倍轴子光子（$g_{aγγ}$）耦合，我们表明，专门观测磁WD的望远镜，如钱德拉，XMM-牛顿，和NuSTAR可以增加灵敏度$|g_{aee} g_{aγγ}|$超过一个数量级，允许一个明确的测试类轴子粒子解释恒星冷却异常。
2021-03-01 astro-ph.HE astro-ph.SR 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
Axions and the white dwarf luminosity function
白矮星的演化可以描述为一个简单的冷却过程。最近，已经有可能以前所未有的精度确定它们的光度函数，即每单位体积和光度间隔的恒星数量。由于这个函数的亮分支的形状只对平均冷却速率敏感，我们使用这个属性来检查轴子的可能存在，轴子是一种提出但尚未检测到的弱相互作用粒子。我们在这里表明，包含在白矮星的演化模型的轴子发射率显着提高理论计算和观测的白矮星光度函数之间的协议，从而提供了第一个积极的迹象表明，轴子可能存在。我们的结果表明，当m_a为轴子质量，cos ^2 β为自由参数时，m_a为cos ^2 β ~ 2-6 meV时得到最佳拟合，大于10 meV的值显然被排除在外。
2008-12-16 astro-ph 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
Solution to Big-Bang Nucleosynthesis in Hybrid Axion Dark Matter Model
继最近的建议，轴子冷却的光子之间的核合成和重组时代在早期宇宙，我们研究了一个混合模型与轴子和遗物超对称粒子。在这个模型中，我们证明了7Li丰度可以与观测一致，而不会破坏氘丰度的重要一致性。
2012-02-25 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
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
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
Cosmological Neutron Stars Produce Diffuse Axion X-Ray Signatures
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）
本研究通过分析宇宙中子星的X射线特征，排除了轴子解释的“壮观七”X射线过剩现象，并对轴子-光子和轴子-核子耦合参数空间进行了约束。
2025-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion Dark Matter from Lepton flavor-violating Decays
本研究提出轻子味破缺耦合通过keV级类轴子粒子冻结产生暗物质的机制，该机制具备稳定性强、约束宽松等优势，可由未来X射线望远镜及高强度轻子味破缺实验检验。
2023-02-07 hep-ph
Naturally astrophobic QCD axion
提出一种通过适当选择Peccei-Quinn电荷自然抑制轴子与物质耦合的QCD轴子模型，允许衰变常数小至$10^7$ GeV，轴子质量超1 eV，可被直接探测，并讨论了恒星冷却异常线索的影响。
2023-01-23 hep-ph
Finite-Temperature Axion-Admixed Neutron Stars in a Quarkyonic Crossover Framework
Institute of Physics, Sachivalaya Marg, Bhubaneswar-751005, India（印度布巴内斯瓦尔物理研究所）；Homi Bhabha National Institute, Training School Complex, Anushakti Nagar, Mumbai 400094, India（印度孟买霍米巴巴哈国立研究所）；Department of Physics, Indira Gandhi Institute of Technology, Sarang, Dhenkanal, Odisha-759146, India（印度奥迪沙邦德赫卡纳尔萨拉格英迪拉甘地理工学院物理系）
本研究在夸克子交叉框架下，考虑有限温度下轴子对中子星质量、半径和形变性的影响，发现轴子主要产生于内部5-11 km区域，且约60%轴子质量集中于中心，对观测性质有显著影响。
2026-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Thermal Evolution of Neutron Stars as a Probe of Physics beyond the Standard Model
中子星的热演化是研究超越标准模型的物理问题的一个探索。首先，我们详细回顾了NS的标准冷却理论，重点是核子超流性的作用。然后我们讨论了轴子和暗物质（DM）的非标准演化，轴子的产生增强了冷却，而DM吸积导致NS加热。为了评估DM加热的效果，我们需要将其与旋转化学加热进行比较，旋转化学加热是由NS中的平衡β过程引起的。在本论文中，我们还研究了中子和质子超流性下的旋转化学加热。
2020-03-18 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
