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
Axion Stars: Mass Functions and Constraints
本研究基于轴子迷你团簇和玻色子星模拟计算轴子星质量函数，发现特定质量范围的类轴子粒子受超微弱矮星系动力学加热约束，且当前微引力透镜巡天对QCD轴子星不敏感，为轴子星间接探测提供依据。
2024-09-18 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
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
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
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} $太阳质量的小行星（因为梯度压力不足以支撑一个更大的物体）。我们称这种场结构为“液滴”。我们探讨了旋转液滴是否可以更大，并发现它们的质量可以增加10倍。值得注意的是，这个质量与在膨胀后产生的轴子的情况下由未对准轴子产生的微团簇的质量相当。我们推测，今天的错位轴子是以液滴的形式出现的，像小行星的分布一样（而不是作为一个相干振荡的背景场）对暗物质起作用。我们考虑了一些观测到的水滴特征，这些特征似乎与由轴子暗物质组成的星系晕一致。
2016-03-14 astro-ph.CO hep-ph
New scenario of QCD axion clump formation I: Linear analysis
QCD轴子通过QCD相变附近QCD物质的非微扰效应获得势能。在此期间，轴子和QCD物质之间的直接相互作用开始了。专注于这种直接相互作用的影响，我们提出了两种情况下，波动的轴子可以迅速增长，可能导致形成的轴子微集群，即使Peccei-Quinn（PQ）对称性已经打破通货膨胀期间。第一种情况假设在QCD时期视界尺度上的原始曲率扰动显着增强，第二种情况假设初始失准在势的山顶周围调谐。
2022-03-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion star condensation around primordial black holes and microlensing limits
本文研究原初黑洞周围致密晕和轴子迷你团簇中轴子星的形成与形态，并通过求解薛定谔-泊松方程结合EROS-2微透镜数据，给出银河系轴子星族群占比的观测约束。
2024-09-18 astro-ph.CO hep-ph
New insights into the formation and growth of boson stars in dark matter halos
本工作采用非线性动力学数值方法研究玻色子星及其周围微团簇的引力凝聚形成和生长。完全动态的吸引和排斥的自相互作用也被认为是第一次。在纯引力的情况下，我们数值证明了增长的玻色子恒星内晕减慢和饱和，如先前已被证明，并详细说明其条件。自相互作用包括使用Gross-Pitaevskii-Poisson方程。我们发现，在强吸引力的自相互作用的玻色子星的情况下，可以变得不稳定和崩溃，与以前的静态计算。在更强的耦合下，凝聚物碎裂。正如预期的那样，排斥性的自相互作用促进了玻色子星的形成，并导致了更大半径的解决方案。
2021-02-05 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Bose-Einstein condensation in the kinetic regime
我们研究了引力作用下维里化暗物质晕/微团簇中的玻色-爱因斯坦凝聚和玻色星的形成。我们证明了这种现象确实存在，并用动力学方程描述。给出了凝结时间的表达式。我们的研究结果表明，玻色星可能在主流的暗物质模型如不可见QCD轴子和模糊暗物质中动力学形成。
2018-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA cond-mat.stat-mech
Ultralight DM bosons with an Axion-like potential: scale-dependent constraints revisited
一个被赋予三角势的标量场$ϕ$被认为扮演了暗物质的角色。对线性扰动的宇宙学演化的深入研究，以及与冷暗物质（CDM）和模糊暗物质（FDM）情况（具有二次势的标量场）的比较，揭示了由于类轴子势的非线性，大波数的质量功率谱的振幅增强。第一次，我们研究了物理量的尺度依赖性，如生长因子$D_k$，速度生长因子$f_k$，和$f_k σ_8$。我们发现，对于$z<10$，所有这些量恢复CDM演化，而对于高红移有一个明确的区别，每个模型（FDM的情况下，和轴子的潜力）取决于波数$k$和轴子的衰变参数的潜力以及。一个半分析晕质量函数也重新审视，发现一个抑制的数量低质量晕，在FDM的情况下，但由于非线性的类轴子潜在的方差和晕质量函数的幅度有一个小的增量。最后，我们通过使用普朗克合作2018和Lyman- $α$森林的数据，给出了对轴子质量和轴子衰变参数的约束。
2021-01-26 astro-ph.CO
Starlight from JWST: Implications for star formation and dark matter models
本文利用JWST和HST紫外光度数据约束不同暗物质模型下的恒星形成率，发现高红移处反馈减弱，并给出模糊暗物质、温暗物质及原初黑洞等模型的限制条件。
2025-11-05 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
How to suppress exponential growth -- on the parametric resonance of photons in an axion background
轴子-光子相互作用可以导致在冷轴子背景的存在下通过参数共振增强电磁场，对于频率接近轴子质量一半的模式。在本文中，我们研究了轴子动量色散的作用以及背景引力势的影响，它可以失谐的共振，由于引力红移。我们表明，通过分析以及数值计算，共振导致光子场的指数增长，只有当（a）轴子动量传播小于逆共振长度，和（b）引力失谐距离大于共振长度。对于现实的参数值，这两种效果强烈抑制共振，并防止光子场的指数增长。特别是，即使假设所有的暗物质都是由一个完全冷的轴子凝聚体组成，由于我们星系的引力势而产生的红移也阻止了光子在可观测频率范围内的共振。对于质量低于$\sim 10^{-13}\, M_\odot$的轴子团块，动量扩散条件更具限制性，而对于质量更大的团块，红移条件占主导地位。
2020-10-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
Axion as a cold dark matter candidate: low-mass case
作为相干振荡标量场的轴子在所有宇宙学相关尺度下都表现为冷暗物质。对于质量为10^{-5} eV的常规轴子，在小于太阳系尺度的密度扰动演化中，轴子表现出特征阻尼行为。阻尼尺度与轴子质量的平方根成反比。我们发现，小于10^{-24} eV的轴子质量在宇宙学相关尺度中引起重子密度功率谱的显著阻尼，从而在小于轴子金斯尺度的尺度中偏离冷暗物质。然而，由于质量如此之小，我们关于相干振荡的标量场的基本假设在早期宇宙中被打破了。基于玻色-爱因斯坦凝聚体和超轻标量场的其他暗物质模型也存在这个问题。我们引入一个简单的模型，以避免这个问题，在早期宇宙中引入演化的轴子质量，目前的低质量轴子的重子密度功率谱，宇宙微波背景辐射（CMB）的温度功率谱，和重子密度扰动的增长率的观测效果。在我们的低质量轴子模型中，我们有一个特征性的小尺度截断的重子密度功率谱低于轴子金斯尺度。在物质和CMB功率谱中，与冷暗物质模型的小尺度偏差明显不同于在冷暗物质模型中与作为热暗物质组分的大质量中微子混合的预期偏差。
2012-07-13 astro-ph.CO
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
Dynamical evolution of axion condensates under stimulated decays into photons
暗物质轴子凝聚体可能经历受激衰变成光子对。这种效应通常被解释为光子从轴子-光子耦合的参数共振，导致光子占据数在一个狭窄的不稳定带的指数增长。以往的文献大多没有考虑光子增长对轴子场演化的影响。我们重新审视这种效果，提出一个平均场解的轴子光子动力学方程，光子数和对相关性。我们研究了没有轴子耗尽的极限，恢复了已知的不稳定性。此外，我们扩展的结果，包括一个可能的耗尽的轴子场。在这种情况下，我们发现轴子凝聚体表现出倒立摆的行为。我们讨论了两种不同的情况下，这些影响的相关性：一个均匀的轴子场在重组和本地化的轴子块，并讨论了可能导致的诱导光子背景的约束。
2020-04-29 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Searches and Constraints on Ultralight Bosonic Dark Matter
从暗物质确实存在并渗透整个宇宙的证据开始，可以估计其性质的各种界限。从宇宙微波背景和大尺度结构出发，总结了超轻玻色暗物质（UBDM）质量和宇宙密度的边界。考虑到星系形成和演化以及黑洞超辐射现象，这些边界被推广到更大的质量。然后，我们讨论了不同类别的UBDM紧凑对象，包括孤子/轴子星和miniclusters的形成。接下来，我们考虑天体物理约束的耦合UBDM的标准模型粒子，从恒星冷却（生产的UBDM）和间接搜索（衰变或转换的UBDM）。在整个过程中，有简短的讨论“提示和机会”在寻找UBDM在每个领域。
2021-06-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Boson Star Normal Modes
本研究系统分析玻色星激发的简正模式，考虑引力导致的正负频率混合，推导非标准正交完备条件，数值求解多极扇区能级并经3D模拟验证，还应用于计算热轴子气体中玻色星蒸发率的矩阵元。
2023-04-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Pre-inflationary QCD axion stars after moduli domination
University of Oxford（牛津大学）
大爆炸前QCD轴子暗物质在早期物质主导时期经历绝热密度扰动，产生约1个量级的扰动，这些扰动在量子 Jeans 尺寸处坍缩成轴子星，可能包含50%的暗物质。
2026-04-30 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dipole Radiation and Beyond from Axion Stars in Electromagnetic Fields
我们研究了在外部电磁场存在下，从相干振荡的、空间局部化的轴子场（轴子和轴子星）中产生光子。我们描绘了不同的定性行为的光子光度的一个有效的无量纲耦合参数构造出的轴子光子耦合，场振幅，振荡频率和半径的轴子星。对于这种无量纲耦合的小值，我们提供了一个一般的解析公式的偶极辐射场和光子光度每立体角，包括强烈依赖于配置的半径。对于中到大的耦合，我们报告的非单调行为的光度与耦合强度的存在下，外部磁场。在亮度随耦合强度的初始上升之后，我们看到在中等大的耦合下的抑制（与偶极辐射近似相比是一个数量级或更多）。在足够大的耦合，我们发现一个过渡到制度的指数增长的光度由于参数共振。我们进行3+1维晶格模拟的轴子电动力学，在小和大的耦合，包括非微扰效应的参数共振，以及在必要时的反反应效应。我们还讨论了介质（等离子体）的影响，导致共振轴子光子转换，相干性的孤子的相关性，以及我们的结果在天体物理和宇宙学设置的影响。
2021-03-22 astro-ph.CO hep-ph
Radio-emission of axion stars
研究了致密轴子暗物质结构衰变为辐射光子的参数不稳定性。相应的天体--玻色（轴子）星、它们的星团和弥散轴子云--在后暴涨的佩西-奎因场景中大量形成。我们发展的一般描述参数共振结合有限体积效应，反作用，轴子速度和他们的（在）相干性。通过额外的粗粒化，我们的形式再现了维里化轴子与光子相互作用的动力学方程。我们推导出上述每一个对象的参数不稳定性的条件，以及在坍缩轴子星，评估光子共振模式和它们的增长指数。作为副产品，我们计算了玻色星和漫射轴子的受激发射，认为前者对射电背景的贡献较大。在QCD轴子的情况下，如果轴子-光子耦合超过原始KSVZ值两个数量级，玻色星发光，坍缩星辐射。后者的约束是减轻了几个附近的轴子星共振和缺席的轴子类粒子。我们的研究结果表明，参数效应可能会揭示自己的观测，从FRB过量的无线电背景。
2021-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Constraining Ultralight Axions with CSST Weak Gravitational Lensing and Galaxy Clustering Photometric Surveys
本文预测CSST测光巡天通过3×2pt功率谱联合分析可将超轻轴子质量约束提升约一个数量级，并给出95%置信水平下的质量下限与丰度上限。
2024-02-28 astro-ph.CO
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
(Non-)Perturbative Dynamics of a Light QCD Axion: Dark Matter and the Strong CP Problem
Indiana University（印第安纳大学）
研究Z_N QCD轴子的非微扰动力学，揭示其暗物质丰度和强CP问题的解决概率变化。
2026-02-21 astro-ph.CO hep-ph
Condensation and Evaporation of Boson Stars
本文结合解析与受控数值模拟，研究Maxwell速度分布轴子波气体中轴子孤子的演化，揭示重孤子凝聚增长、轻孤子蒸发，并给出其速率与动力学弛豫速率的比例关系及渐近行为。
2023-04-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
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
Hydrodynamics of ultralight complex scalar field dark matter and its impact on the growth of structure
为突破超轻轴子暗物质质量窗口的观测限制，本文推导了复标量场暗物质在宇宙学微扰理论下的相对论流体动力学，引入Eckart参考系与刚性规范条件，揭示了其耗散能量通量对密度涨落增长的影响。
2025-06-25 astro-ph.CO gr-qc
The SRG/eROSITA all-sky survey: Constraints on Ultra-light Axion Dark Matter through Galaxy Cluster Number Counts
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Universität Innsbruck, Institut für Astro- und Teilchenphysik（因斯布鲁克大学天体与粒子物理研究所）；INAF, Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio（意大利国家天体物理研究所空间科学与天文观测台）；Department of Physics and Astronomy, Stony Brook University（纽约州立大学石溪分校物理与天文学系）；Universität Hamburg, Hamburger Sternwarte（汉堡大学汉堡天文台）；Department of Physics, National Cheng Kung University（国立成功大学物理系）；IRAP, Université de Toulouse, CNRS, UPS, CNES（图卢兹大学宇宙射线与天体物理学研究所）
利用SRG/eROSITA首次全天空调查与弱引力透镜数据，研究超轻轴子在暗物质中的占比，发现新的约束结果。
2026-04-09 astro-ph.CO hep-ph
