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
Miniclusters from axion string simulations
本研究对比了三种不同数值模拟方法得到的轴子微团簇性质,发现尽管质量分布与内部密度轮廓差异显著,但微团簇暗晕与空洞的全局能量分布相似,为轴子暗物质探测提供参考。
2023-07-19 astro-ph.CO 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
From Rags to Jeans: Axion Miniclusters from Early matter domination
Universidad de Santiago de Chile(圣地亚哥智利大学);Universidad Técnica Federico Santa María(费德里科·圣玛丽亚理工大学);New York University Abu Dhabi(纽约大学阿布扎比分校);Universidad de Zaragoza(萨拉戈萨大学)
本文研究早期物质主导时期辐射浴的不均匀性通过轴子质量温度依赖性产生轴子密度扰动,导致轴子过密度在物质-辐射相等时达到量级1,并形成两种特征区域的非线性谱,估计了微团簇质量及轴子星子结构。
2026-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Axion Minicluster Halo Limits from Wide Binary Disruption
本文利用GAIA观测的银河系宽双星数据,通过MCH引力潮汐导致的动力学蒸发效应,对轴子迷你团簇晕的暗物质占比给出了显著约束,并给出了不同模型下类轴子粒子的质量限制范围。
2024-09-04 astro-ph.CO hep-ph
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 self-consistent wave description of axion miniclusters and their survival in the galaxy
我们提出了一个解决方案的薛定谔-泊松系统的基础上WKB的预测波函数。这样,我们得到了一个描述的引力束缚的一团轴子暗物质的叠加能量本征态与随机相位。它适用于任何由爱丁顿公式关联的径向密度分布和相空间密度$f(E)$的自洽对。我们采用这个模型在我们的银河系中的轴子miniclusters和使用它来研究质量损失,由于恒星遇到使用标准的微扰理论方法已知的量子力学。最后,我们进行了蒙特卡罗研究,以估计幸存的比例轴子微团簇在我们的星系的暗物质晕。我们发现,反应的扰动和生存概率依赖于至关重要的密度分布。弱束缚的星系团被加热并最终被摧毁,而更强束缚的系统由于扰动而变得更加紧凑,并被推向轴子星构型。
2022-10-03 astro-ph.CO hep-ph
Structure Formation and Microlensing with Axion Miniclusters
如果导致轴子暗物质产生的对称性破缺发生在早期宇宙的辐射主导时期,那么这会产生大幅度的扰动,并坍缩成被称为轴子微团的致密物体。微星系团的特征质量$M_0$是由轴子振荡开始时视界内的质量决定的。对于QCD轴子$M_0\sim 10^{-10}M_\odot$,然而对于类轴子粒子,$M_0$可以接近$M_\odot$或更高。使用Press-Schechter形式主义,我们计算的质量函数的层次结构形成这些种子形成的晕。我们计算这些晕的浓度和坍缩时间,并表明它们可以增长到像$10^6M_0$一样大。在晕内,微团簇可能仍然紧密结合,我们计算它们的引力微透镜信号,将轴子暗物质坍缩成微团簇的分数$f_{\rm MC}$作为自由参数。$f_{\rm MC}$的大值严重削弱了直接检测实验对轴子场景的约束。我们考虑到非高斯分布的小集群的大小,并确定这是如何影响微透镜事件的数量。我们开发的工具,考虑微透镜的扩展质量函数的非点状物体,并使用微透镜数据放置在$f_{\rm MC}$的第一个观测约束。这为轴子的潜在发现打开了一扇新的窗口。
2019-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Axion minicluster streams in the solar neighbourhood
研究恒星潮汐剥离轴子微团簇产生的潮汐流对地球直接探测的影响,发现太阳邻域暗物质主要由数百条重叠流组成,其尖峰状信号特征可区分暴胀前后轴子宇宙学。
2024-08-21 astro-ph.CO hep-ph
Relaxation times for Bose-Einstein condensation in axion miniclusters
本文研究了在引力相互作用和自相互作用同时存在的情况下标量暗物质的玻色凝聚。在引力束缚的微团或暗物质晕中的轴子和其他标量暗物质预计会凝聚成称为玻色星的玻色-爱因斯坦凝聚体。这个过程已经被证明是通过类轴子粒子的吸引力自相互作用或通过场的自引力发生的。我们表明,在高占有率制度的标量暗物质,玻尔兹曼碰撞积分不描述引力或自相互作用,并推导出动力学方程有效的这些相互作用。我们使用这种形式计算玻色-爱因斯坦凝聚的弛豫时间,并发现凝聚成玻色星可能发生在宇宙的寿命。自相互作用只有在非常强的时候才能缩短凝聚时间。
2020-07-15 astro-ph.CO hep-ph
Axion Miniclusters Made Easy
我们使用一个修改后的版本的峰值补丁偏移集形式主义计算的质量和尺寸分布的QCD轴子微团簇从一个完全非高斯初始密度场从数值模拟的轴子弦衰变。我们发现,在一个显着较低的计算成本与N体模拟强协议。我们采用了一个球形的崩溃模型,并提供了拟合函数的修改后的势垒在辐射时代。$z=629$中的晕质量函数对于范围$10^{-15}\lesssim M\lesssim 10^{-10}M_{\odot}$内的质量具有幂律分布$M^{-0.6}$,所有质量按$(m_a/50μ\mathrm{eV})^{-0.5}$缩放。我们构建合并树来估计坍缩红移和浓度质量关系,$C(M)$,这是很好地描述使用分析结果从初始功率谱和线性增长。使用校准的分析结果外推到$z=0$,我们的方法预测平均浓度$C\sim \mathcal{O}(\text{few})\times10^4$。我们的方法计算成本低,使未来的调查罕见的,密集的小集群的统计很容易实现。
2021-05-11 astro-ph.CO hep-ph
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
Did JWST observe imprints of axion miniclusters or primordial black holes?
针对JWST发现的早期高亮度星系与ΛCDM模型的张力问题,研究提出通过轴子或原初黑洞团构成的暗物质的幂律功率谱修正可缓解该矛盾,但需显著提升恒星形成效率。
2023-05-03 astro-ph.CO hep-ph
Stellar Disruption of Axion Miniclusters in the Milky Way
轴子微团是暗物质轴子的致密束缚结构,被预测在后膨胀的Peccei-Quinn对称性破缺场景中形成。虽然密度很高,但微星团很容易受到扰动,甚至会因为与恒星等重子物体的相互作用而变得不受束缚。在这里,我们的特点在银河系(MW)今天经历了这些恒星的相互作用后,在他们的一生中的微团的空间分布和属性。我们这样做,通过执行一套蒙特卡罗模拟跟踪的miniclusters的结构,特别是,帐户的部分中断和质量损失,通过连续的相互作用。我们考虑两个密度配置文件- Navarro-Frenk-White(NFW)和幂律(PL)-为个人miniclusters,以括号中的miniclusters人口的不确定性,今天由于其不确定的形成历史。对于我们在太阳位置的基准分析,我们发现PL配置文件和NFW配置文件的微集群的生存概率为99%和46%。我们的工作扩展到整个MW的本地生存概率以前的估计。我们发现,在银河系中心,生存概率急剧下降。虽然我们提出了一个特定的初始晕质量函数的结果,我们的模拟可以很容易地重铸不同的模型使用所提供的数据和代码。最后,我们评论我们的研究结果对透镜效应,直接和间接检测的影响。
2021-12-22 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Axion Cosmology with Early Matter Domination
早期宇宙学的默认假设是,后暴胀宇宙在47000年前都是辐射主导的。辐射主导时代的直接证据可以追溯到核合成,核合成开始于第一秒。然而,有理论上的理由倾向于在核合成之前的一段较早的物质支配时期,例如,由于后期衰变的大质量粒子需要解释重子生成。轴子宇宙学在数量上受到早期物质支配的影响,在小尺度上产生不同的轴子质量范围和更大的不均匀性。在这项工作中,我们表明,这种增加的不均匀性可能会导致形成的轴子miniclusters的轴子参数范围是不同于通常假设的。如果再加热温度低于$58$ MeV,即使在膨胀期间存在轴子场并且先前已经均匀化,也可以形成轴子微团簇。典型的初始轴子微团质量的上限从$10^{-10} M_{\odot}$提高到$10^{-7} M_{\odot}$,其中$M_{\odot}$是太阳质量。这些结果可能会对轴子微团的间接探测产生影响,并且可以想象地探测核合成之前宇宙的热历史。
2018-07-26 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
Axions in Andromeda: Searching for Minicluster -- Neutron Star Encounters with the Green Bank Telescope
本文利用 GBT、VEGAS 和 X 波段接收机观测仙女座核心,搜寻中子星与轴子微团簇碰撞产生的射电信号,但未发现超过5σ的候选体。
2024-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Searching for the QCD Axion with Gravitational Microlensing
负责轴子暗物质产生的相变可以产生大幅度的等曲率扰动,这些扰动坍缩成被称为轴子微团的致密物体。我们使用来自EROS调查的微透镜数据,以及斯巴鲁Hyper Suprime Cam最近的观测结果,对微集群场景进行限制。我们计算微透镜事件率的微集群处理它们作为空间扩展的对象与扩展的质量函数。使用公布的微透镜事件的数量上的界限,我们绑定的DM崩溃成小集群,$f_{\rm MC}$的分数。对于一个轴子与温度相关的质量一致的QCD轴子,我们发现$f_{\rm MC}<0.22(m_a/100\,μ\text{eV})^{-0.57}$,这代表了第一个观测约束的微团分数。我们预测,用斯巴鲁进行10个晚上的高效率观测就足以在整个QCD轴子质量范围内约束$f_{\rm MC}\lesssim 0.1$。我们做了各种近似,以获得这些限制和专门的分析,由观察队的EROS和斯巴鲁是必要的,以确认我们的结果。如果将来能对$f_{\rm MC}$进行精确的理论预言,那么微透镜就可以用来排除或发现QCD轴子。我们的计算的进一步细节在配套文件。
2017-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Small-scale structure of fuzzy and axion-like dark matter
类轴子粒子(ALP)暗物质在波动效应超过自引力的尺度上表现出独特的行为。超轻轴子是模糊暗物质(FDM)的候选者,其在维里化晕中的德布罗意波长达到千秒差距的尺度。FDM方案的重要特征是形成孤立子晕核,抑制小尺度扰动,增强引力松弛。更大质量的ALP,包括QCD轴子,在星系尺度上表现得像CDM,但如果它们在暴胀后产生,可能会聚集成轴子微团。就像FDM晕一样,轴子小星团也可以通过玻色-爱因斯坦凝聚形成相干束缚物体(轴子星)。本文介绍了一个选择的主题,在这一领域,目前正在积极调查。
2019-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Axion minivoids and implications for direct detection
本研究通过模拟量化了后暴胀轴子暗物质场景中迷你空洞对局部密度的影响,发现典型测量密度仅为银河系密度的10%,且年尺度积分时间下密度变化达20-30%,对直接探测实验有重要启示。
2023-05-09 astro-ph.CO 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
Transient axion streams from disrupted miniclusters
Università degli Studi di Salerno(萨莱诺大学);Sofia University(索非亚大学);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)
通过蒙特卡洛模拟和示踪粒子重建,研究银河系晕中恒星遭遇潮汐瓦解轴子微团簇产生的轴子流的形成与演化,发现流密度在宇宙时间尺度上可下降约10^{-9}倍,导致太阳附近稳态密度极低,观测到的流主要来自罕见近期瓦解事件,且流线宽远小于现有谐振腔实验带宽。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Imprints of the Early Universe on Axion Dark Matter Substructure
尽管实验取得了相当大的进展,但类轴子粒子(ALP)参数空间的大部分仍然难以在陆地实验中探测。然而,在某些情况下,ALP暗物质(DM)分布的小尺度结构被强烈增强,为天体物理测试提供了机会。这种增强可以由核合成前的早期物质支配(EMD)时期产生。这种宇宙学出现在许多紫外线完成,并产生正确的遗迹丰度弱耦合$f_a\sim 10^{16}$ GeV,ALP质量范围$10^{-13}$ eV $<m_a < 1$ eV,没有微调的初始失准角。这个范围包括$10^{-9}-10^{-8}$ eV附近的QCD轴子。EMD促进ALP小尺度结构的生长,导致形成密集的ALP微簇。我们研究了初始ALP振荡,再加热温度和有效压力之间的相互作用,提供分析估计的微集群的丰度和属性。EMD宇宙学中的ALP微团比$Λ$ CDM中的更密集、更丰富。虽然增强的子结构一般减少了直接检测实验的前景,我们表明,脉冲星定时和透镜观测可以发现这些小晕在大范围的ALP质量和再加热温度。
2020-02-17 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Distributions and Collision Rates of ALP Stars in the Milky Way
本文研究了银河系中ALP星及微晕团的分布与碰撞率,发现微晕团与中子星碰撞率虽高但共振率低,而Bosenovae和参数共振更可能产生可观测信号。
2024-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational waves from binary axionic black holes
在最近的一篇论文中,我们证明了一个最小耦合的、自相互作用的质量为$m$的标量场可以形成质量为$M=\sqrt{3}/(4m)$(普朗克单位)的黑洞。如果暗物质是由轴子组成的,它们可以形成小团,对于QCD轴子来说,它们的质量低于这个值。在这项工作中,它表明,对于一个场景中的轴子质量取决于温度为$m \propto T^{-6}$,微型集群质量高于$0.32\,M_\odot$,对应于一个轴子质量的$3\times 10^{-10}$电子伏特,超过$M$,可以崩溃成黑洞。如果这些黑洞的一小部分处于二元系统中,那么在螺旋阶段发射的引力波就可以被LIGO或VIRGO等先进干涉仪以及计划中的爱因斯坦望远镜探测到。对于每年一次事件的探测率,二进制分数的下限分别为LIGO和爱因斯坦望远镜的$10^{-4}$和$10^{-6}$。
2019-05-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Multi-component Dark Matter and Small Scale Structure Formation
本文研究含WIMPs与轴子的多组分暗物质模型,通过Boltzmann方程追踪EMDE中的扰动演化,并结合间接探测约束分析轴子微团簇形成及WIMP遗迹密度。
2023-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Probing Small-Scale Power Spectra with Pulsar Timing Arrays
暗物质(DM)模型可以通过增强小尺度上的密度扰动,在宇宙的小尺度结构上留下独特的印记。我们研究的能力脉冲星定时阵列搜索,并限制,从这样的模型的subhalos。我们考虑的DM模型有$Λ$ CDM中的普通绝热微扰、QCD轴子微团、早期物质支配模型和暴胀过程中产生的矢量DM。我们表明,$Λ$ CDM,主要是由于在银河系中的潮汐剥离效应,是遥不可及的PTA(以及每一个其他探头提出检测DM小尺度结构)。轴子微团可能是触手可及的,虽然这取决于轴子遗迹密度是否主要由错位或字符串贡献。模型,其中有一个再热温度低于1 GeV的物质占主导地位,可以观察到与未来的PTA。最后,如果充气期间产生的载体DM比$10^{-16} \,{\rm GeV}$轻,则可以检测到。我们还公开了一个Python Monte Carlo工具,用于从DM子结构的任何模型生成PTA时间延迟信号。
2020-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Rotating Drops of Axion Dark Matter
我们考虑如何QCD轴子产生的错位机制可以形成银河系暗物质晕。我们记得,静止的、引力稳定的轴子场结构的大小相当于一颗质量为$10^{-13} $太阳质量的小行星(因为梯度压力不足以支撑一个更大的物体)。我们称这种场结构为“液滴”。我们探讨了旋转液滴是否可以更大,并发现它们的质量可以增加10倍。值得注意的是,这个质量与在膨胀后产生的轴子的情况下由未对准轴子产生的微团簇的质量相当。我们推测,今天的错位轴子是以液滴的形式出现的,像小行星的分布一样(而不是作为一个相干振荡的背景场)对暗物质起作用。我们考虑了一些观测到的水滴特征,这些特征似乎与由轴子暗物质组成的星系晕一致。
2016-03-14 astro-ph.CO hep-ph
Impact of adiabatic temperature fluctuations on the power spectrum of axion density perturbations
本文研究原初等离子体绝热温度涨落对轴子密度扰动功率谱的影响,证明在特定参数条件下暴胀前情形也可能形成AMC,从而使AMC探测无法区分轴子的暴胀前后起源。
2025-06-09 astro-ph.CO
QCD Axion Kinetic Misalignment without Prejudice
轴子场是与Peccei-Quinn(PQ)对称性的自发对称性破缺相关的复标量场的角方向,可能起源于初始非零速度。一个非零的角速度的存在所产生的额外的条款,明确打破PQ对称性的潜力有重要的现象学后果,如修改的轴子质量相对于传统的PQ框架或解释所观察到的物质-反物质不对称性。我们进一步阐述了“动力学错位”机制的后果,假设轴子形成了整个暗物质丰度。动力学失准机制具有{ \it weak}极限和{ \it strong}极限,在该极限中,轴子场在与常规PQ框架相同的温度下开始振荡,该极限对应于大的初始速度,其有效地延迟振荡的开始。根据紫外线不可知的方法,我们展示了这种情况下如何影响轴子微簇的形成,我们勾勒出这些子结构的细节以及潜在的检测签名。
2022-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Axion dark matter with thermal friction
在早期宇宙中,轴子场的宇宙学演化可能受到轴子与热化隐扇区耦合引起的热摩擦的显著影响。我们研究了这种热摩擦对轴子暗物质密度及其扰动的影响,当热摩擦超过哈勃摩擦时,直到轴子场开始围绕潜在的最小值振荡。我们表明,在存在相当大的热摩擦,可以有一个指数衰减阶段的轴子场之前的振荡阶段,在此期间的轴子能量密度有效地消散到隐藏的热浴。因此,先前排除的参数区域,由于过度封闭的遗迹轴子密度成为宇宙学上可行的热摩擦。特别是,一个比$μ$ eV轻得多的QCD轴子是可行的,而不需要调整初始失准角。我们还发现热摩擦可以通过多种方式影响轴子暗物质的密度扰动。例如,它可以减轻在暴胀前PQ破坏场景中轴子暗物质上的大尺度等曲率约束,这将使暴胀前轴子暗物质在宽范围的模型参数上与高尺度暴胀相容。在后暴胀PQ破缺的情况下,热摩擦也可以显著改变轴子弦的标度行为,从而改变所得轴子微团的典型尺寸。
2023-02-27 astro-ph.CO hep-ph
Axion Misalignment Across First-Order Phase Transitions
Laboratory of High Energy and Computational Physics, NICPB(NICPB高能计算物理实验室);Department of Cybernetics, Tallinn University of Technology(塔林理工大学网络学系);Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova(帕多瓦大学物理与天文学系);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova(意大利国家核物理研究所帕多瓦分部)
研究一阶相变中轴子质量仅在真空气泡内非零时,错位产生机制的修正,通过格点模拟识别快速和慢速相变两种模式,并推导出统一描述轴子暗物质遗迹密度的半解析公式。
2026-10-15 astro-ph.CO hep-ph
Simulations of axion-like particles in the post-inflationary scenario
轴子和类轴子粒子(ALP)是暗物质最受欢迎的候选者之一,有几种可行的生产方案,使不同的预测。在这种情况下,轴子出生后,通货膨胀,其领域发展显着的不均匀性,并在一个高度非线性的方式演变。因此,理解这种情况下轴子暗物质的最终丰度和分布需要专门的数值模拟。到目前为止,该团体一直致力于QCD轴子的模拟,这是一个预测轴子质量与特定温度相关的模型。在这里,我们超越了QCD轴子,并执行一套模拟的范围内可能的温度依赖性标记的幂律指数。我们研究了轴子场的复杂动力学,包括宇宙弦和畴壁的标度,非相对论性轴子的谱,轴子的寿命和内部结构,以及微团簇的种子。特别是,我们量化了弦壁网络对暗物质丰度的贡献,作为轴子质量增长速度的函数。我们发现,一个温度无关的模型产生的暗物质比标准的错位计算多25%。与一般的ALP相比,QCD轴子模型产生暗物质的效率几乎低六倍。鉴于蓬勃发展的实验活动,以搜索ALP,这些结果有潜在的广泛影响,直接和间接的搜索。
2022-03-30 astro-ph.CO hep-ph
Inflationary dilaton-axion magnetogenesis
讨论了介子-轴子电磁学中暴胀过程中原初磁场的产生,其中介子和轴子动力学分别用两个与时间相关的宇宙标度因子函数$I(a) F^2/4$和$J(a) F\tilde{F}/4$来表示,其中$F$是电磁场强度,$\tilde{F}$是它的对偶.我们研究的形式$J(a)$,可以产生一个大的种子磁场在弱耦合制度,$I(a)<1$。虽然$J(a)$函数依赖于模型,但轴子-光子耦合确实为成功的暴胀磁生开辟了一个新的窗口。
2015-03-20 astro-ph.CO
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
ALP Dark Matter in a Primordial Black Hole Dominated Universe
我们研究了类轴子粒子(ALP)暗物质与原始黑洞(PBH)引发的早期物质支配的唯象后果。我们专注于轻BH的质量小于$\sim 10^9~$ g的大爆炸核合成之前完全蒸发。我们数值求解耦合玻尔兹曼方程,仔细考虑灰体因子和BH角动量。我们发现,从PBH蒸发的熵注入稀释ALP遗迹丰度最初产生的真空错位机制,打开参数空间与较大尺度$f_a$或,等效地,较小的ALP光子耦合$g_{aγ}$,在未来的探测器ABRACADABRA,KLASH,ADMX和DM无线电的范围内。此外,如果早期宇宙具有PBH主导的时代,ALP微星团的质量可以大几个数量级。对于直接由霍金辐射产生的相对论ALP,我们发现它们对暗辐射的贡献在下一代宇宙微波背景实验的灵敏度范围内。为了完整起见,我们还重新讨论了QCD轴子的特殊情况。
2021-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Recombination era magnetic fields from axion dark matter
我们介绍了一种新的机制,产生磁场在复合时代。这种类哈里森机制利用了重子中的涡旋,这种涡旋是通过引力相互作用通过轴子的玻色-爱因斯坦凝聚体产生的。产生的磁场在银河系尺度$\sim 10\,{\rm kpc}$上,并且具有今天的$B\sim10^{-23}\,{\rm G}$量级。该场具有比依赖于二阶微扰理论的其他机制所产生的场更大的幅度,并且足以为电池机制提供种子。
2015-12-21 astro-ph.CO hep-ph
Footprints of Axion-Like Particle in Pulsar Timing Array Data and James Webb Space Telescope Observations
本研究结合PTA随机引力波背景参数与ALP畴壁模型,解释早期星系原初种子及JWST高红移观测,并给出未来可检验的光子耦合预测。
2024-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Early vs late string networks from a minimal QCD Axion
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步辐射中心);Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所);University of Oxford(牛津大学);University of Liverpool(利物浦大学);Universitat de Barcelona(巴塞罗那大学);Galileo Galilei Institute for theoretical physics, Centro Nazionale INFN di Studi Avanzati(伽利略·伽利莱理论物理研究所,意大利国家高级INFN中心);INFN Sezione di Firenze(意大利国家核物理研究院佛罗伦萨分部);University of Florence(佛罗伦萨大学)
研究最小QCD轴子暗物质新机制,其PQ对称性在特定条件下恢复,通过求解福克 - 普朗克方程等方法,确定相关参数范围,可在低轴子衰变常数下再现暗物质丰度。
2026-07-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Stupendously Large Primordial Black Holes from the QCD axion
本文提出暴胀后闭合畴壁再入视界可形成原初黑洞,并证明QCD轴子模型在衰变常数约10^8 GeV时可产生占暗物质1%、质量超10^11倍太阳质量的极巨大PBH,且与观测约束相容。
2025-04-10 astro-ph.CO hep-ph
Formation and internal structure of superdense dark matter clumps and ultracompact minihaloes
我们讨论了超致密暗物质团块(SDMC)和超致密迷你晕(UCMH)的形成机制和结构,概述了这些类型的DM对象之间的差异。我们定义为SDMC的引力有界DM对象已经进入维里平衡的辐射占主导地位(RD)的宇宙演化阶段。这样的对象可以从等曲率(熵)密度扰动或从曲率(绝热)扰动谱中的峰值形成。Axion miniclusters(Kolb and Tkachev 1994)是前一种模型的例子。中心紧质量系统(e。G.以SDMC或原始黑洞(PBH)的形式),其外部DM包层在次级吸积过程中形成,我们称之为UCMH。因此,在某些情况下,SDMC可以用作UCMH的种子。近年来,SDMC和UCMH在许多研究中被考虑,本文试图将它们系统化。我们还考虑了初始密度扰动的非球面性在引力演化中的作用,它降低了SDMC的量,从而抑制了DM湮灭产生的γ射线信号。
2013-12-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Resonant magnetogenesis from axions
我们研究了U(1)规范场与轴子场之间的Chern-Simons耦合产生种子磁场的过程。我们解决的轴子开始在通货膨胀,再加热,也辐射占主导地位的宇宙热化后的时代振荡。我们研究的共振生成机制,并强调,一个小的振荡时间尺度相对于宇宙膨胀可以导致一个有效的生成(超)磁场通过共振生成,即使是${\cal O}(1)$耦合。此外,我们证明了所产生的字段可以是螺旋形的,由于快子放大阶段之前的振荡的发病。此外,它示出的参数共振在再加热过程中可以产生圆极化(超)磁场中的空隙区域与目前的振幅$B_0 =3\times 10^{-15}$高斯和相干长度$λ_0 = 0.3$ PC没有被困扰的反反应问题。
2019-09-06 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Chern Simons condensate from misaligned axions
本研究通过线性响应得到非对齐轴子诱导的陈-西蒙斯密度非平衡凝聚体,推导其高温重整化表达式,提出凝聚态类轴子准粒子可探测宇宙轴子,并指出其可诱导非阿贝尔凝聚体与手征对称性破缺。
2023-04-28 astro-ph.CO cond-mat.other hep-ph
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
Magnetization of the intergalactic medium in the IllustrisTNG simulations: the importance of extended, outflow-driven bubbles
利用IllustrisTNG模拟研究了星系形成物理过程对星系际介质磁化强度的影响。我们表明,大规模的地区,从星系和星系团的外流影响包含磁场是几个数量级强于在未受影响的地区具有相同的电子密度。此外,就像星系内部放大的磁场一样,这些磁场不依赖于原始种子,即磁场强度的初始条件。我们研究了这些强场区域的体积填充分数和它们在随机视线中的发生。作为第一个应用程序,我们使用这些结果把界限上的光子轴子转换的光谱失真的CMB。随着光子-轴子耦合随能量的增加而增加,使用伽马射线光子通过IGM的传播数据可能会获得更强的约束。最后,我们还简要讨论了我们的结果的法拉第旋转测量的潜在应用。
2021-06-29 astro-ph.CO hep-ph