The type IIB string axiverse and its low-energy phenomenology
我们研究了IIB型定向折叠紧化中的闭弦轴子。我们表明，自然值的背景通量的模量稳定机制的大体积的情况下（LVS）产生的axiverse特征的存在下，QCD轴子加上许多轻的轴子状粒子的质量是grammically分级。我们研究了LVS轴宇宙的唯象特征，导出了轴子的质量及其与物质和规范场的耦合。我们还确定何时闭弦轴子可以解决强CP问题，并分析了第一个明确的例子，半现实的模型与稳定的模量和QCD轴子候选人，这是不吃的异常阿贝尔规范玻色子。我们讨论了暴胀方案的选择对LVS轴宇宙的影响，并总结了天体物理学，宇宙学和实验的限制。此外，我们还展示了如何构建模型与额外的轻轴子类粒子，可以解释一些有趣的天体物理异常，并可以在下一代的轴子太阳镜和光照射通过一个墙壁实验中寻找。
2012-09-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Axiverse induced Dark Radiation Problem
弦/ $M$理论Axiverse --大量质量范围很广的非常轻的类轴子粒子（ALP）--可以说是弦/ $M$理论的一般预测。弦/ $M$理论也倾向于预言早期宇宙是由模场主导的。当重模量在核合成之前衰减时，它们会以相对论ALP的形式产生暗辐射。一般来说，人们估计相对论性物种的数量随着轴宇宙中轴子的数量而增长，这与$N_{eff} \leq 4$的观察结果相矛盾。我们详细地解释了这个问题，并提出了一些可能的解决方案，最简单的方案要求最轻模只衰变到它自己的轴子超伴子和标准模型粒子，这严重地限制了模的Kahler势和质量矩阵.
2015-12-24 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
The $π$-axion and $π$-axiverse of dark QCD
本研究提出暗QCD框架下的π-轴子宇宙理论，预言N_f²-1种超轻类轴子粒子，通过暗光子与可见光子的动力学耦合构建可见区门户，可在多种实验中检验，是弦理论轴子宇宙的补充。
2023-12-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Evaporating primordial black holes, the string axiverse, and hot dark radiation
我们表明，原始黑洞（PBH）发展不可忽略的自旋通过霍金发射的大量轴子一般存在于弦论紧化。这是因为标量可以在无角动量模式（$l=0$）下发射，在这种模式下，没有角动量从BH中移除，因此足够多的标量可以补偿费米子、规范玻色子和引力子发射产生的自旋下降。由此产生的$10^8$ - $10^{12}$ kg PBH的特征自旋分布可能由未来的伽马射线观测站测量，前提是PBH丰度不是太小。这产生了一个独特的探测光标量的总数在基本理论，独立于如何弱，他们与已知的物质相互作用。目前由霍金辐射产生的热的MeV-TeV的轴子的局部能量密度可能超过$ρ_{\rm CMB}$。蒸发对PBH的约束也有所减弱。
2021-10-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
String Axiverse Enhancement of Superradiant Dark Matter Production
University of Groningen（格罗宁根大学）；Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra（科英布拉大学科学与技术学院）；Centro de Física da Universidade de Coimbra（科英布拉大学物理中心）；Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto（波尔图大学理学院天体物理学系）
研究弦理论中大量轻轴子通过霍金辐射和超辐射增强原初黑洞产生暗物质的机制，扩展了暗物质以微玻色子星形式存在的参数空间。
2026-07-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark energy from the string axiverse
弦论认为，存在着大量的类轴子场，它们的质量分布在几十年内。在这里，我们表明，这些想法借给自己的一个模型的精髓没有超普朗克场漂移，所有的无量纲数是为了统一。该方案解决了“为什么是现在”的问题，即，为什么加速膨胀直到最近才开始，通过暗示暗能量支配的开始是随机发生的，在宇宙时间内每单位对数间隔的概率缓慢下降。标准的轴子势要求我们假设大多数没有变成暗能量的轴子场会迅速衰变。不过，引入稍微修改的轴子势，就避免了这些衰变的需要。在任何一种情况下，像我们这样的宇宙大约在100个宇宙中出现。这种情况可能会产生一系列可观察到的后果。
2014-09-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A CMB Millikan Experiment with Cosmic Axiverse Strings
我们研究超光速轴子与光子耦合的轴子弦。超轻轴子--重组时比哈勃还轻的轴子--是弦轴宇宙的一般预测。这些轴子串产生了一个独特的量子化的偏振旋转的CMB光子，这是$\mathcal{O}(α_{\rm em})$。当CMB光通过许多弦时，这种偏振旋转将E模式转换为B模式，并像随机行走一样增加。使用数值模拟，我们表明，预期的最终结果的大小是在当前和未来的CMB实验通过测量CMB B-模式与E-和T-模式的相关性范围内。量子化的偏振旋转角本质上是拓扑的，并且可以被看作是几何相位。它的值仅取决于反常系数，而与其他细节无关，如轴子衰变常数。通过测量这种旋转来测量反常系数将提供关于UV理论的信息，例如电荷的量子化和基本电荷单位的值。宇宙中轴子弦的存在只依赖于早期宇宙在暴胀后的相变，之后弦网络迅速接近吸引子标度解。如果有额外的稳定拓扑对象，如畴壁，那么重如$10^{-15}$ eV的轴子将是可访问的。这些弦的存在也可以通过测量引力透镜类星体系统中不同图像之间的相对偏振旋转角来探测。
2020-07-20 astro-ph.CO astro-ph.GA 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
Friendship in the Axiverse: Late-time direct and astrophysical signatures of early-time nonlinear axion dynamics
弦论的一般低能预言是存在大量的轴子，通常被称为弦轴宇宙。轴子也有一个自然的宇宙学产生机制，真空错位，使它们成为动机良好的暗物质（DM）候选者。许多关于轴子产生的工作都考虑了单个自由轴子的情况，但在现实的轴宇宙中，弦轴子被期望密集地分布在质量的许多数量级上，并通过它们的联合势相互作用。在本文中，我们表明，在这种潜在的非线性导致一种新的类型的共振能量转移与附近的质量的轴子之间。这种共振通常将能量从具有较大衰变常数的轴子转移到具有较小衰变常数的轴子，并导致大量签名。这些包括增强的直接探测前景的共振对，即使是一个小的暗物质的子组件，并提高小规模的结构，如果对是大部分的DM。不久的将来，ADMX和DM Radio等实验的迭代将对这种情况敏感，DM子结构的天体物理探测也是如此。
2021-09-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Towards a Heterotic Axiverse
该研究初步探索杂化弦论卡拉比-丘紧致化下的弦论轴子宇宙，刻画轴子质量谱与耦合特性，指出其质量下界远强于IIB型紧致化，为相关宇宙学与粒子物理研究提供新视角。
2025-09-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Exploring the String Axiverse with Precision Black Hole Physics
最近有人提出，存在大量的轻轴子，即一个轴宇宙，是弦论存在额外维度的证据。我们通过彭罗斯超辐射过程讨论了这些轴子对天体物理黑洞的观测结果。当一个轴子康普顿波长与黑洞的大小相当时，轴子与黑洞“核”结合，在天空中形成一个引力原子。由黑洞的能量和角动量提供的超辐射原子能级的占有数呈指数增长。黑洞向下旋转，在其周围形成一个轴子玻色-爱因斯坦凝聚体云。当吸引轴子的自相互作用变得比引力结合能更强时，轴子云坍塌，这种现象在凝聚态物理中被称为“Bosenova”。轴子的存在首先是由天体物理学上的黑洞的质量与自旋图中的空隙来诊断的。对于年轻的黑洞，自旋的允许值是量子化的，从而在能隙区域内产生“Regge轨迹”。轴子云也可以通过精确的近视界几何映射或通过来自Bosenova爆炸的引力波以及引力原子中的轴子跃迁和湮灭直接观察到。我们的估计表明，这些信号在即将到来的实验中是可以检测到的，例如先进的LIGO，AGIS和LISA。目前的黑洞自旋测量表明，QCD轴子衰变常数的上限为2 x 10^17 GeV，而高级LIGO可以检测到来自QCD轴子云的信号，其衰变常数与大统一尺度一样低。最后，我们讨论了观测与Bosenova爆炸有关的γ射线的可能性，也许，从QCD轴子到光子转换的无线电波。
2011-08-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
An M Theory Solution to the Strong CP Problem and Constraints on the Axiverse
我们给出了一个明确的实现Arvanitaki等讨论的“弦Axiverse”。al \cite{Arvanitaki:2009fg}通过将我们以前关于$M$理论中的模稳定性的结果扩展到包括轴子。我们扩展了对\cite{Arvanitaki:2009fg}的分析，以允许高尺度的膨胀，导致一个模量占主导地位的前BBN宇宙。我们证明，解决强CP问题的轴子会自然出现，并且轴子衰变常数和GUT标度都可以始终在$2\times 10^{16}$ GeV左右，只需比通常预期的小得多的微调。从宇宙学观测，即等曲率扰动和张量模式的约束轴。Fox et.的扩展工作。al \cite{Fox:2004kb}，我们注意到{ \it普朗克张量模的观测将完全证伪轴宇宙。}最后，我们注意到，Axiverse模型的最轻的轴子的质量为$10^{-15}$ eV，衰变常数为$5\times 10^{14}$ GeV，不需要（人择）微调，尽管标准统一在$10^{16}$ GeV是难以适应的。
2010-10-31 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Electromagnetic waves propagating in the string axiverse
人们普遍认为，在弦论中，轴子无处不在，可能就是暗物质。轴子暗物质的独特特征是相干振荡和通过陈-西蒙斯项与电磁场耦合。本文研究了质量在$10^{-13}\,{\rm eV}$到$10^{3}\,{\rm eV}$范围内的轴子的这两个特征的结果。首先，我们研究了由轴子相干振荡引起的电磁波的参数共振。作为谐振的结果，电磁波的振幅被增强，并且将产生圆偏振单色波。其次，我们研究了轴子暗物质背景下的光速。在陈-西蒙斯项的存在下，色散关系被修改，光速将随时间振荡。事实证明，光速的变化很难观察到。我们认为，未来的无线电波观测的共振可以引起一个更强的约束的耦合常数和/或密度的轴子暗物质。
2017-11-12 astro-ph.CO hep-th
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
Bayesian inference on Calabi--Yau moduli spaces and the axiverse: experimental data meets string theory
King's College London（伦敦国王学院）；Rice University（莱斯大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
本研究通过贝叶斯推断在卡比利亚-尤卡模空间中分析轴子物理，结合实验数据和弦论，探索超轻轴子在暗物质中的作用。
2025-11-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Glimmers from the Axiverse
本文研究IIB型弦紧致化中轴子-光子耦合被系统性压低的机制，并在20万个玩具模型系综中分析其唯象学后果，发现多数轴子不可见但少数可能通过光子耦合被探测。
2024-10-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On the dark radiation problem in the axiverse
弦理论一般预言我们生活在一个所谓的轴宇宙中：宇宙中有大约100种轻的轴子，它们与标准模型粒子脱钩。然而，轴子可以耦合到暴胀子，导致它们在暴胀后产生。然后，这些轴子留在膨胀的宇宙中，贡献了暗辐射分量，这与目前的宇宙学数据严重相关。我们把一个一般的约束的轴子生产率，并将其应用到几个变种的合理的膨胀轴子耦合。这个极限仅仅限制了超轻轴子的数量和膨胀子与轴子耦合的相对强度。它在大、小场暴胀模型中都是有效的，与轴子的能量尺度和质量无关。因此，这个极限与宇宙过闭合和轴子等曲率波动的极限是互补的。特别是，如果暴胀子在再加热时普遍耦合到所有的场，则禁止一百个轴子。在引力扇区负责宇宙再加热的情况下（这在所有具有修正引力的暴胀模型中是一个自然的选择），轴子的产生可以是有效的。我们发现，在Starobinsky $R^2$ -暴胀中，即使是一个单一的轴子（例如标准的QCD-轴子）与普朗克数据的张力，使模型与轴宇宙不一致。一般的结论是，低再加热温度和低再加热机制的暴胀可能与轻标量的存在处于紧张状态。
2017-02-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Field Theory Axiverse
本研究针对暗禁闭规范理论中任意味数暗夸克产生的场论轴子多重态，计算其能谱、与标准模型光子的耦合及味数、色数依赖，结合Nf=10、Nc=3的示例给出约束，并阐明伴随的超重暗重子多重态。
2024-04-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Quadratic Axion Couplings in String Theory
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；University of Winnipeg（温尼伯大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文提出弦理论中产生轴子与规范场二次耦合的三类机制，发现该耦合普遍存在且强于QCD轴子的对应耦合，可用于探测弦理论轴子景观。
2026-07-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axiverse cosmology and the energy scale of inflation
由弦论激发的超轻轴子（$m_a\lesssim 10^{-18}$ eV）可以成为暴胀能量尺度的有力探测器。与较重的轴子相比，超轻轴子中的等曲率模可以与可观测到的引力波共存。在这里，它表明，大尺度结构约束严重限制了轴子质量，密度分数和等曲率振幅的参数空间。它还表明，从根本上不同的CMB观测的超轻轴子等曲率模式另外减少这个空间。给出了一种新的、精确的、有效的等曲率功率谱计算方法，并将其应用于超轻轴子和暴胀的约束。
2013-10-23 astro-ph.CO hep-th
Early dark energy, the Hubble-parameter tension, and the string axiverse
宇宙微波背景（CMB）功率谱的精确测量与标准$Λ$ CDM宇宙学模型的预测非常一致。然而，从宇宙微波背景辐射中推断出的哈勃参数$H_0$的值与从较低红移的宇宙观测中推断出的值之间存在着一些矛盾，而且暗能量密度异常小的值是该模型中令人困惑的一个组成部分。在本文中，我们探索了一种具有新的奇异能量密度的场景，该能量密度在早期表现得像宇宙常数，然后在某个临界红移$z_c$处迅速衰变。像这样的奇异能量密度是由某些弦轴宇宙激发的暗能量的情景所激发的。通过在早期增加膨胀率，可以用更大的哈勃常数来保持解耦时非常精确确定的声视界角标度。然而，我们发现，普朗克温度功率谱严格约束的早期暗能量密度的大小，从而在哈勃常数从CMB获得的任何移动。如果要求再电离光学深度小于普朗克2016 $2σ$上限$τ\lesssim 0.0774$，那么早期的暗能量允许哈勃参数移动至多1.6 km~s $^{-1}$ ~Mpc $^{-1}$（在$z_c\simeq 1585$），太小而不能完全缓解哈勃参数的紧张。只有当$τ$增加大于$5σ$时，CMB哈勃参数才能与当地测量值相一致。在这个过程中，我们得到强约束的早期暗能量的贡献在重组时-它永远不能超过$\sim2\%$的辐射/物质密度为$10 \lesssim z_c \lesssim 10^5$。
2016-11-06 astro-ph.CO
Strong bound on canonical ultra-light axion dark matter from the Lyman-alpha forest
我们提出了一个新的超轻轴子（超轻）暗物质质量$m_\text{a}$的界限，使用莱曼α森林寻找抑制宇宙结构的增长：95%的下限$m_\text{a} > 2 \times 10^{-20}\,\text{eV}$。这强烈地反对（$> 99.7\%$可信度）$10^{-22}\,\text{eV} < m_\text{a} < 10^{-21}\,\text{eV}$的正则化，其动机是弦轴向和冷暗物质模型中可能的张力的解决方案。我们加强了以前的等效边界约一个数量级。我们证明了我们的研究结果的鲁棒性，使用改进的流体动力学模拟的优化仿真器。
2020-12-24 astro-ph.CO hep-ph
Ultra-light Axions: Degeneracies with Massive Neutrinos and Forecasts for Future Cosmological Observations
弦论的一个普遍预言是存在许多轴子场。最近有人认为，许多这些领域应该是轻的，像众所周知的QCD轴子，导致可观察到的宇宙学后果。本文详细研究了所谓的弦轴宇宙对大尺度结构的影响，重点是密度扰动的形态和演化、宇宙微波背景的各向异性以及遥远星系的弱引力透镜。我们量化的具体影响，将出现从存在的轴子字段和突出可能的简并，可能会出现在大规模中微子的存在。我们特别注意理解不同的物理效果和尺度。然后，我们预测弦轴向宇宙可能会受到约束，并表明，与不同的观察相结合，它应该有可能检测到一小部分的超轻轴子的暗物质的百分之几。
2013-02-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Catastrophic Inflation in the Axiverse
Jefferson Physical Laboratory, Harvard University（杰斐逊物理实验室，哈佛大学）；Laboratory for Theoretical Fundamental Physics, EPFL（理论基础物理实验室，洛桑联邦理工学院）；Center for Cosmology and Particle Physics, New York University（宇宙学与粒子物理中心，纽约大学）
该研究在IIB型弦理论紧化景观中，通过算法识别出轴子势的灾难性合并灾变，实现无需大场范围的小场慢滚暴胀，部分结果符合观测的谱倾斜或标量扰动振幅。
2026-08-18 astro-ph.CO hep-th
Freezing-in the Axiverse
Flatiron Institute（平顿研究所）；Tufts University（塔夫茨大学）；New York University（纽约大学）
本文通过有效场论方法研究多个轻轴子对宇宙微波背景辐射巡天的发现空间影响，揭示电荷半径算符并分析味结构对N_eff的贡献。
2026-02-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Large-Scale Structure Probes of the Post-Inflationary Axiverse
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Theoretical Physics Department, CERN（欧洲核子研究中心理论物理部）；Physik-Institut, Universität Zürich（苏黎世大学物理研究所）；Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago（芝加哥大学天文学与天体物理学系）；Kavli Institute for Cosmological Physics（卡弗里宇宙学物理研究所）
研究暴胀后轴子暗物质通过弦-畴壁网络产生等曲率扰动，利用高红移星系紫外光度函数、Lyman-α和CMB数据约束轴子质量，首次给出暴胀后轴子暗物质的主导宇宙学极限。
2026-06-02 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological tests of an axiverse-inspired quintessence field
受到弦轴向宇宙理论的启发，有人认为最近宇宙从减速膨胀到加速膨胀的转变是由一个具有次普朗克衰变常数的类轴子的精粹场驱动的。这种情况要求轴子场相当接近其势能的最大值，但与宇宙加速的其他解释相比，没有那么精细。该模型由轴子衰减常数$f$、轴子质量$m$和接近于$π$的初始失准角$|θ_i|$来参数化。为了确定$m$和$θ_{i}$的值与观测值一致，这些参数被映射到观测值上：哈勃参数$H(z)$和角直径距离$d_{A}(z)$到红移$z= 0.57$，以及宇宙微波背景（CMB）的角声视界。利用BOSS巡天测量的$z\simeq 0.57$重子声振荡（BAO）标度和普朗克测量的CMB温度各向异性，探测了$\left\{m,f,θ_i\right\}$参数空间。对于当前数据，CMB约束是最强大的，只允许参数空间体积的$\sim 0.2$的一小部分。使用SPHEREx或SKA实验进行的BAO尺度测量可以更进一步，从观测上区分除了参数空间体积（简单先验允许）的$\sim 10^{-2}$或$\sim 10^{-5}$之外的所有参数空间体积。
2016-07-01 astro-ph.CO hep-ph
Axion string signatures II: A cosmological plasma collider
我们研究了QCD轴子弦和超轻轴子弦（轴向弦）的早期和晚期时间特征。我们专注于电荷沉积到轴子弦从电磁场和随后的新的中和机制，由于束缚态的形成。虽然早期的宇宙特征似乎不太可能，但有大量的晚期特征。穿过星系的轴子弦获得了巨大的电荷密度，这些电荷被致密的束缚态标准模型粒子等离子体中和，形成一维“原子”。弦上的带电波包，以及弦外稠密的等离子体，都以接近光速的速度沿弦传播。这些高能等离子体包与质心能量高达$10^{9}$ GeV的碰撞。这些碰撞的光度可以比太阳光度大7个数量级，并且持续数千年，即使它们发生在宇宙学上很远的地方，也可以在射电望远镜上看到。新的观测量是互补的超轻轴子弦的CMB观测量，最近提出的，是敏感的一个类似的动机参数范围。
2021-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining the axiverse with reionization
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；King’s College London（伦敦国王学院）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Harvard University（哈佛大学）；Università degli Studi di Salerno（萨莱诺大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）
研究用再电离约束轴子宇宙的问题，通过大量IIB型弦理论模型计算轴子衰变导致的宇宙再电离历史，与观测比较，给出不同\(h^{1,1}\)下倾向低温再加热的模型比例，还提供代码，为相关研究打开大门。
2026-07-20 astro-ph.CO hep-ph
High redshift signatures in the 21 cm forest due to cosmic string wakes
宇宙弦在早期宇宙中诱导微晕的形成。在宇宙微波背景（CMB）谱的背景下，所产生的弦状小晕团被唤醒并形成“21厘米森林”。这样一个21厘米的森林可以有助于沿视线积分的红移21厘米信号的角波动。我们计算的均方根振幅的21厘米的波动，由于字符串和这些波动可以占主导地位的信号，由于原始密度波动在高红移（$z \gtrsim 10$），即使弦张力低于目前的上限，$G μ< 1.5 \times 10^{-7}$。我们的研究结果还预测，平方公里阵列（SKA）可以潜在地检测到21厘米的波动，由于字符串与$G μ\approx 7.5 \times 10^{-8}$的单频带的情况下和$4.0 \times 10^{-8}$的多频带的情况下。
2013-10-15 astro-ph.CO hep-ph
The Cosmological Dynamics of String Theory Axion Strings
本研究对比弦理论与场论轴子的早期宇宙行为，发现弦理论轴子通常不形成轴子弦，特殊暴胀下形成的弦因张力大易致暗物质过盛被排除，仅轴子多重态场景可兼容观测并产生可探测引力波。
2023-12-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Spectrum of the Axion Dark Sector
轴子出现在粒子物理学的标准模型的许多理论扩展中，特别是“弦轴宇宙”。如果轴子质量$m_a$和（有效）衰变常数$f_a$在特定范围内，那么轴子对宇宙学暗物质和暗能量密度有贡献。我们计算背景宇宙学（准）观测模型与大量的轴子场，$n_{\rm ax}\sim \mathcal{O}(10-100)$，质量和衰变常数从统计分布。这将参数的数量从$2n_{\rm ax}$减少到少量的“超参数”。我们考虑了一些分布，从那些纯粹出于统计考虑，到那些根据一类M-理论模型指定结构的分布。使用贝叶斯方法，我们能够约束分布的超参数。在某些情况下，超参数可能与弦论有关，例如限制轴子与模的数量比，或提供正确的遗物密度所需的典型衰变常数标度。我们的方法结合使用随机矩阵理论和贝叶斯网络。
2017-06-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmological imprints of string axions in plateau
我们对标量势具有平台区的弦轴子的各种宇宙学印记进行了研究。在这种情况下，我们表明，延迟振荡一般会导致参数共振不稳定性。特别是，对于超轻轴子，参数共振可以增强功率谱略低于金斯尺度，缓解与莱曼$α$森林观测的紧张局势。我们还认为，一个持久的共振，可以导致发射的引力波的频率波段，这是可检测的引力波干涉仪和脉冲星定时阵列。
2018-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational probes of ultra-light axions
轴子是一种假设的、动机良好的暗物质粒子，它的存在可以解释强相互作用中没有电荷宇称破坏。除了这个原始动机，质量为$10^{-33}\,{\rm eV}\lesssim m_{\rm a}\lesssim 10^{-10}\,{\rm eV}$的超轻轴子（ULA）的“轴宇宙”也从弦论中出现。根据质量的不同，这种暗能量对暗物质密度有贡献，或者说，表现得像暗能量。在这些质量下，ULAs的经典波状特性在天文学上表现出来，可能会缓解本地群体尺度上$Λ$ CDM范式内的观测紧张局势。ULA还提供小尺度上的特征，如结构抑制、干涉图案和孤子，以将它们与较重的暗物质候选者区分开来。通过它们的引力印记，在目前允许的参数空间中的ULA提供了一系列观测测试，以在未来十年中实现目标，改变了对微波背景各向异性、星系聚类、沿类星体视线中性氢的莱曼- $α$吸收、脉冲星计时和黑洞质谱的标准预测。
2019-04-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmology of Axions and Moduli: A Dynamical Systems Approach
本文主要讨论弦宇宙学和多重标量场的动力学，以及它们作为（早期）暗能量模型的特征。我们的出发点是“弦轴宇宙”，一个场景，激发宇宙学轻轴子场的存在作为弦论的一般后果。我们把这样一个轴子与它相应的模耦合起来。我们给出了一个详细的介绍，丰富的宇宙学这样一个模型，从设置初始条件的领域在通货膨胀期间，渐近的未来。我们提出了一些简化的假设的基础上固定的轴子衰减常数$f_a$，和有效场论时，模轨迹是绝热的，并找到这些假设的条件下，打破。作为我们的分析的副产品，我们发现，放松假设固定的$f_a$导致出现一个新的亚稳de-Sitter区域的模量，而不需要提升一个额外的常数。动力系统分析揭示了许多不动点吸引子，排斥子和鞍点，我们详细分析的存在。我们还提供了相空间的几何解释。固定点可用于约束模型中的耦合。对参数空间某些区域的系统扫描揭示，在这个模型中，宇宙的未来演化可能是丰富的，包含多个加速膨胀的时代。
2013-03-21 astro-ph.CO hep-th
Multi-copy Axion Transfer Function and Observational Implications of Effective de Broglie Scales
Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Department of Physics, The University of Hong Kong（香港大学物理系）；Department of Physics, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学物理系）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊克拉巴斯科，巴斯克科学基金会）；The Hong Kong Institute for Astronomy and Astrophysics, The University of Hong Kong（香港大学香港天体物理研究所）
本文研究多副本轴子在不同区域的天文意义，提出有效质量概念并探讨其对暗物质分布和观测信号的影响。
2026-07-29 astro-ph.CO
Observational Constraints on Axion(s) Dark Energy with a Cosmological Constant
本研究提出含振荡轴子势与宇宙学常数的暗能量模型，经观测数据验证，亚普朗克衰变常数可行，且优于ΛCDM，并抑制星系团计数。
2022-08-02 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Nonminimally coupled ultralight axions as cold dark matter
我们考虑一个非最小耦合标量场作为一个潜在的冷暗物质候选者。这些模型是基于最小耦合标量场的超轻轴子模型的自然扩展。这种超轻的标量场是由弦论激发的，特别是在轴向宇宙场景的背景下进行了研究。对于非最小耦合场，标量场能量密度在早期表现为辐射，这产生了原始核合成理论中耦合常数$ξ\lesssim 10$的限制。在绝热初始条件下，非最小耦合场的一阶扰动导致引力势在大尺度上衰减。宇宙学数据与理论物质功率谱的比较产生了以下对耦合常数的约束：$ξ\lesssim 0.01$。我们还考虑等曲率模式在我们的分析。我们认为，绝热和等曲率初始条件的非最小耦合标量场的混合可能会允许一个获得通常的绝热CDM功率谱。
2022-06-10 astro-ph.CO
Parametric-resonance based phenomenology of gravitating axion configurations
暗物质（DM）最引人注目的候选者之一是轻的赝标量粒子（轴子），其动机是弦论中的强CP问题和轴向场景。根据它们的质量和自相互作用的类型，这些粒子可以建立自引力结构，如紧凑的物体，DM团块甚至银河DM晕。另一方面，超辐射不稳定性可以产生长寿命的扩展配置（标量云），吸引周围的黑洞（BH）。由于这些标量是实数和谐波，它们与其他物质成分的相互作用可以引起参数共振，这可能导致它们的可观测特征。首先，我们考虑在这些轴子配置的测试粒子的轨道动力学，显示共振时可以发生，并讨论长期的轨道要素的演变。这种情况可能会导致我们银河系中超大质量BH周围的双星或S星的可观测后果。其次，我们讨论了均匀轴子组态中的电磁场不稳定性以及克尔黑洞周围的标量云。这些轴子光子共振可以淬灭超辐射不稳定性，同时在EM扇区产生可观察到的信号。我们给出了这些过程的速率的分析估计，与完全相对论的数值模拟有很好的一致性，并讨论了在这些不稳定性的BH附近的等离子体的影响。
2019-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Revisiting axion dark matter with nonlinear transitions
本文通过精确研究轴子谱，重新审视了非线性跃迁对轴子暗物质的影响，指出在较小衰变常数参数区域估算丰度需谨慎，并探讨了模量受激衰变产生轴子的情景及相关现象。
2025-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on sterile neutrino models from strong gravitational lensing, Milky Way satellites, and Lyman-$α$ forest
本研究利用强引力透镜类星体等天体物理观测，推导热遗迹温暗物质与不同机制产生的惰性中微子的质量对应关系，给出四类主流惰性中微子模型的质量下限约束，为非引力相互作用极弱的暗物质候选体探测提供了最严格的实验限制。
2023-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
