Radio signatures from encounters between Neutron Stars and QCD-Axion Minihalos around Primordial Black Holes
由于轴子与标准模型粒子的相互作用非常弱，因此探索QCD轴子暗物质（DM）假说极具挑战性。我们提出了一种新的途径来测试的QCD轴子DM通过瞬态无线电签名之间的遭遇来自中子星（NS）和轴子迷你晕周围的原始黑洞（PBH）。我们考虑一个一般的QCD轴子的情况下，PQ对称性破缺发生之前（或期间）的通货膨胀共存的一小部分DM的形式PBH。黑洞周围将出现典型的秒差距尺度的轴子微晕。迷你晕中的轴子密度可能远高于局部DM密度，而这些致密天体在今天银河系中的存在为检验轴子DM假说提供了一个新的机会。我们研究了银河系中小晕质量分布的演化，并估计了NS和装饰PBH之间的相遇率。我们发现，遇到引起的瞬态线状发射的射频光子产生的共振轴子光子转换在NS磁层和特征信号可以检测到与当前和未来的射电望远镜的灵敏度。因此，深入研究这些信号的搜索策略将为QCD轴子的探测提供新的途径。
2021-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
The radio telescope search for the resonant conversion of cold dark matter axions from the magnetized astrophysical sources
研究了在天体物理源强磁场（如中子星磁层中的磁场）存在下，冷暗物质（CDM）轴子绝热共振转换为光子的条件。我们证明了即将到来的射电望远镜，如SKA（平方公里阵列）可以探测这些光子信号的CDM轴子的可能性。
2018-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Radio Signals from Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
我们表明，轴子暗物质（DM）可以通过从中子星发射的窄无线电线检测。中子星的磁层拥有一个强大的磁场和等离子体频率，该频率朝着中子星表面增加。当轴子穿过磁层时，它们可以在等离子体频率等于轴子质量的半径附近的狭窄区域内共振转换为无线电光子。信号的带宽由远离中子星的小DM速度色散设定。我们解决了轴子光子混合方程，包括磁化等离子体和相关的各向异性介电张量的全面处理，以获得转换概率。我们讨论了可能的中子星目标，以及它们如何探测质量范围为~0.2-40 $μ$ eV的QCD轴子参数空间。
2018-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Pulsar Nulling and Vacuum Radio Emission from Axion Clouds
本文研究脉冲星极盖周围引力束缚轴子云与磁层电动力学的耦合，说明轻轴子可导致周期性射电消零，而较重轴子可通过真空非相干振荡产生窄射电谱线。
2024-09-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gravitational Waves and Possible Fast Radio Bursts from Axion Clumps
围绕在旋转黑洞周围的轴子小团簇和轴子云等轴子天体通过轴子-光子相互作用引起电磁波的参量共振。特别是，它已经知道，从轴子与周围的质量$10^{-6}$ eV的共振可以解释所观察到的快速射电暴（FRB）。在这里，我们认为，类似的高频率引力波的爆发，我们称之为快速引力波爆发（FGB），产生的轴子团块与引力陈-西蒙斯（CS）耦合的存在。典型的频率是轴子质量的一半，通常可以从kHz到GHz。我们还讨论了与FRB相关的二次引力波产生，以及轴子云的可能宿主对象，例如$10^{-5}M_{\odot}$周围具有典型质量的原始黑洞。未来对FGB的探测以及观测到的FRB有望为轴子提供更多的证据。
2021-08-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Emission of Photons and Relativistic Axions from Axion Stars
非相对论性轴子的数量可以通过产生光子或相对论性轴子的非弹性反应来改变。任何奇数个轴子都可以湮灭为两个光子。任何偶数个非相对论性轴子都可以分散成两个相对论性轴子。我们从这些非弹性反应中计算出轴子从轴子星中丢失的速率。在稀释的轴子系统中，主要的非弹性反应是轴子衰变成两个光子。在足够稠密的轴子系统中，主要的非弹性反应是四个非相对论性轴子散射成两个相对论性轴子。奇数个轴子散射成两个光子，在由轴子质量设定的基频的奇整数谐波处产生单色射频信号。这为稠密的轴子系统提供了一个独特的特征，例如稠密的轴子星或坍缩的稀轴子星。
2016-09-16 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Axion Dark Matter using Radio Telescopes
我们研究使用下一代射电望远镜，如平方公里阵列（SKA），以检测轴子双光子耦合在天体物理环境。围绕天体物理磁场的不确定性提出了新的挑战，但与质量$1.7-57μ$ eV的轴子相对应的频率范围和具有许多显着特征的光谱轮廓，SKA-mid提供了一个诱人的机会来限制轴子暗物质属性。为了确定SKA-mid对轴子信号的敏感性，我们考虑了银河系中心和星际介质的观测，并发现这种新的望远镜可以让我们探测轴子耦合$\gtrsim10^{-16}$ GeV $^{-1}$。
2017-10-28 astro-ph.CO
Green Bank and Effelsberg Radio Telescope Searches for Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres
在中子星周围的强磁场中，轴子暗物质（DM）可以转化为射频电磁辐射。这样一个过程的无线电特征将是一个超窄的光谱峰值，其频率由轴子粒子的质量决定。我们分析了我们从罗伯特·C. Byrd Green Bank望远镜在L波段，Effelsberg 100米望远镜在L波段和S波段，从一些来源，包括银河系的银河系中心和附近孤立的中子星RX J0720.4-3125和RX J0806.4-4123，预计将产生明亮的轴子-光子转换信号。我们没有发现轴子DM的证据，并能够设置一些最强的约束，到目前为止，在高度积极的质量范围之间的~5-11 $μ$ eV的轴子DM的存在。
2020-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detecting Axion Dark Matter with Radio Lines from Neutron Star Populations
有人认为，射电望远镜可能对轴子暗物质敏感，轴子暗物质在中子星周围的磁层中共振转换为射电光子。在这项工作中，我们仔细研究这种可能性，通过计算的辐射功率和预测的灵敏度轴子暗物质转换在天体物理系统，如星系和球状星团内的NS合奏。我们使用人口合成和演化模型来描述这些系统中的NS的空间分布和NS属性的分布。聚焦于三个具体的目标来说明，银河系的银河系中心，人马座矮星系中的球状星团M54和仙女座星系，我们表明，用绿岸望远镜和未来的平方公里阵列等望远镜进行的窄带射电观测可能能够探测质量超过大约两个数量级的量子色动力学轴子，从$μ$ eV的几分之一开始。
2018-11-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Stimulated Emission of Dark Matter Axion from Condensed Matter Excitations
我们讨论了探测星系晕中暗物质轴子的一种可能原理。如果轴子构成银河系中的凝聚体，那么来自凝聚体中的一种激发的轴子的受激发射是可以检测到的。我们提供了暗物质发射的一般机制，并作为一个具体的例子，暗物质轴子的发射从磁涡弦在第二类超导体的研究与可能的实验签名。
2017-01-27 astro-ph.CO cond-mat.mes-hall hep-ph
A Radio Astronomy Search for Cold Dark Matter Axions
近年来，对轴子的研究取得了进展，对冷暗物质（CDM）轴子、相对论性太阳轴子和超轻轴子的实验室研究成为大量文献的主题。特别是，作为CDM候选的轴子的兴趣已被其潜在的占所有的推断值的$Ω_{DM} \sim 0.26$在标准$ΛCDM$模型的动机。事实上，$Ω_{DM} \sim 0.26$的值可以由轻轴子提供。我们调查的可能性补充现有的轴子搜索实验与射电望远镜观测，试图检测轴子转换天体物理磁场。从大规模天体物理环境中寻找CDM轴子信号提供了新的挑战，磁场结构在相互作用的速率和所观察到的光子的性质中起着至关重要的作用。然而，随着无线电波段（200 MHz-200 GHz）的预测频率和可区分的光谱轮廓，下一代射电望远镜可能会提供新的探测机会。SKA-mid望远镜的计划频率范围为0.4 - 13.8 GHz，最佳灵敏度范围为$\sim$ 2 - 7 GHz。考虑到在$\sim 500$ MHz下的观测，基于24小时积分时间，极限灵敏度预计为$\sim 0.04$ mK。这与使用SKA第一阶段望远镜预测的$\sim 0.04$ mK的CDM轴子全天空信号温度以及使用第二阶段计划的（1 km）$^2$收集区域高达$\sim 1.17$ mK的CDM轴子全天空信号温度进行了比较。
2017-08-04 astro-ph.CO
Superconducting Radio Frequency Cavities as Axion Dark Matter Detectors
本文介绍了一种改进的用于轴子暗物质探测的腔技术，其中腔由输入功率驱动，而不是由静态磁场渗透。当满足谐振条件$ω_1 = ω_0 \pm m_a$时，输入功率的一小部分被轴子场泵浦到频率为$ω_1$的接收模式，其中$ω_0$是输入模式的频率，而$m_a$是轴子质量。计算了圆柱腔中任意一对输入和输出模式的相关形状因子。整体搜索策略进行了讨论，并列出了一个实际的实验要克服的技术挑战。
2013-01-20 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Periodic Fast Radio Bursts from Axion Emission by Cosmic Superstrings
我们认为FRB 180916.J0158+65的周期性快速射电暴来源于宇宙超弦的轴子发射（质量为$m_{a} \sim 10^{-14}$ eV）。一些发射出的轴子在沿着视线到达地球时被磁场转化为光子。轴子发射的脉冲爆发产生通常持续数毫秒的光子信号，并以观察到的方式随频率变化。我们发现宇宙弦网络模型中的一系列参数与FRB 180916.J0158+65的性质一致。我们建议后续的引力波观测来检验我们的模型。
2020-03-16 astro-ph.CO hep-th
Axion search with telescope for radio astronomy (ASTRA): forecast for observations between 0.5 and 4~GHz
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Instituto de Física de Cantabria (IFCA, UC-CSIC)（坎塔布里亚物理研究所）；The University of Sydney（悉尼大学）；The University of New South Wales（新南威尔士大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Università degli Studi di Salerno（萨莱诺大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Gruppo Collegato di Salerno - Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所-萨莱诺协作组-那不勒斯分部）
利用5米射电望远镜在0.5-4 GHz频段搜索轴子类粒子，通过改进中子星观测，扩展轴子-光子耦合强度的探测范围，提升探测灵敏度。
2026-03-13 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
WISPers from the Dark Side: Radio Probes of Axions and Hidden Photons
在无线电政权的测量包括一些有效的方法WISP搜索，往往覆盖独特的或高度互补的范围内的参数空间相比，在其他研究领域的探索。这些测量可以用来寻找隐藏光子和轴子振荡的电磁示踪剂，将探测到的隐藏光子质量范围向下延伸到~10^-19 eV，并关闭了轴子暗物质强烈青睐的1-5微eV范围内的最后间隙。这为该领域的几项新举措提供了强大的推动力，包括WISP暗物质实验（WISPDMX）和在0.1-1000微电子伏特范围内进行宽带WISP搜索的新概念方法。
2013-09-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion-photon conversion in strongly magnetised plasmas
轴子暗物质可以在中子星的磁层中共振转化为光子，可能会产生地球上可观测到的无线电信号。这种间接探测轴子暗物质的方法最近在文献中受到了极大的关注。无线电信号的计算因多种效应而变得复杂;最重要的是，轴子到中子星上的引力下落将它们加速到半相对论速度，而中子星的磁层是高度各向异性的。这两个因素都使轴子到光子的转换计算复杂化。在这项工作中，我们提出了第一个完全三维计算的轴子光子转换在高度磁化各向异性介质。根据轴子轨迹，这种计算导致转换的数量级差异相比，到目前为止在文献中使用的简化的一维计算，改变所产生的光子的方向性。我们的结果将对人们在望远镜中观察到的无线电信号产生重要影响。
2021-11-09 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on extended axion structures from the lensing of fast radio bursts
本文利用快速射电暴透镜效应约束轴子星性质，发现CHIME未观测到透镜事件可探测质量≳10^{-2}倍太阳质量的轴子星，对应轴子质量≲10^{-10} eV，且其灵敏度可与光学微引力透镜搜寻相竞争。
2025-05-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searching for axion dark matter with MeerKAT Radio Telescope
本文利用MeerKAT射电望远镜对孤立中子星J0806.4-4123进行10小时观测，通过搜寻轴子暗物质在磁层中转化为光子的窄谱信号，在3.18-4.35 μeV质量范围内对轴子Primakoff耦合给出迄今最强限制。
2023-10-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion-Photon Conversion in FLRW with Primordial Magnetic Fields: Explaining the Radio Excess
本文提出轴子-光子共振转换作为 ARCADE2 射电过量与 EDGES 21 厘米吸收谷的共同起源，通过 FLRW 背景下的理论推导与随机原初磁场建模，证明特定质量轴子与纳高斯级 PMFs 可同时解释两者，并指出 21 厘米观测对暗扇区物理的探测潜力。
2025-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Adiabatic Axion-Photon Mixing Near Neutron Stars
本文研究了强磁场中子星表面附近的绝热轴子-光子相空间演化，首次量化了高耦合下的射电通量特性，发现先前对射电通量抑制的处理过于保守，且该抑制在针对中子星群体的射电观测中可被大幅规避。
2024-01-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Fast Radio Bursts and the Axion Quark Nugget Dark Matter Model
我们探讨了快速射电暴（FRB）是由磁星中的磁重联提供能量的可能性，这种磁场重联是由轴子夸克块（AQN）暗物质触发的。在该模型中，磁重联是由当核的马赫数为$M \gg 1$时产生的激波点燃的。这些冲击波产生非常强和非常短的脉冲，用磁重联区域附近的压力$Δp/p\sim M^2$和温度$ΔT/T\sim M^2$表示。我们发现，所提出的机制产生的相干发射，这是符合当前的数据，特别是FRB的能量要求，观察到的能量分布，频率范围和突发持续时间。我们的模型使我们能够提出更多的测试，未来的数据将能够挑战。
2019-02-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Multimodal axion emissions from Abelian-Higgs cosmic strings
Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（东北大学前沿跨学科研究院）；Department of Physics, Tohoku University（东北大学物理系）；Cosmology, Gravity, and Astroparticle Physics Group, Center for Theoretical Physics of the Universe, Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院宇宙理论物理中心宇宙学、引力与天体粒子物理组）
研究通过宇宙弦碰撞产生轴子，发现低能和高能区域均有轴子发射，其中低能轴子可解释冷暗物质，高能轴子可作为暗辐射，GeV级轴子可解释暗物质丰度并预测可观测暗辐射。
2026-04-28 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Radio Line Properties of Axion Dark Matter Conversion in Neutron Stars
轴子是暗物质的理想候选者。近年来，人们对探测中子星磁层中轴子暗物质共振转换产生的光子产生了极大的兴趣。各个小组已经开始获得无线电数据来搜索信号，然而，需要更多的工作来获得相应无线电线路的鲁棒理论预测。在这项工作中，我们推导出详细的属性的信号，同时获得线的形状和时间依赖性。主要的物理效应是来自等离子体中的折射以及来自引力，它们一起导致在脉冲周期上变化的实质性透镜效应。来自等离子体与脉冲星的共同旋转的时间依赖性使频率失真，导致多普勒展宽信号，其宽度随时间变化。对于我们的预测，我们跟踪曲线射线的视线使用完整的一套方程从哈密顿光学色散介质弯曲时空。因此，对于第一次，我们描述的线信号的详细形状以及其时间依赖性，这是更明显的早期结果相比。我们对信号特征的预测将是这种暗物质搜索的关键。
2021-09-24 astro-ph.CO hep-ph
On the Galactic radio signal from stimulated decay of axion dark matter
本研究分析银河系轴子暗物质受激衰变的射电辐射全天分布，结合观测确定激发辐射分布，对比超新星遗迹并考虑吸收效应，得出不同暗物质轮廓下的信号强弱分布，验证了平方公里阵列对特定参数轴子的探测潜力。
2024-04-11 astro-ph.CO hep-ph
Diluted Axion Star Collisions with Neutron Stars
稀释轴子星是一种自引力物体，具有与引力平衡的量子压力，在许多QCD模型中被预测为具有轴子或类轴子粒子。它可以在早期宇宙中形成，并构成相当大一部分的暗物质。当磁星经过时，轴子粒子在磁场中转化为光子，从而可以探测到瞬态无线电信号。使用数值和半解析的方法，我们模拟了轴子星的动态演化和估计的比例轴子粒子，可以有一个共振转换在这样的碰撞事件。我们发现，稀释轴子星进入洛希半径后，自引力和量子压力都不重要。自由落体近似可以很好地捕捉单个粒子的轨迹。在一些乐观的宇宙学和天体物理学假设下，QCD轴子参数空间可以通过射电望远镜探测到这样的碰撞事件来探测。
2021-09-02 astro-ph.CO hep-ph
How invisible can QCD axions be? From Supernova emission to Cherenkov signals
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；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）；Dipartimento di Matematica e Fisica, Università Roma Tre（罗马三大学数学与物理系）；Centro de Astrofísica y Física de Altas Energías (CAPA), University of Zaragoza（萨拉戈萨大学天体物理学与高能物理中心）；Department of Chemistry and Physics, Barry University（巴里大学化学与物理系）；Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei”, Università di Padova（帕多瓦大学伽利略·伽利莱物理与天文系）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
研究最大程度隐形的QCD轴子，先分析其在超新星中的产生，推导冷却约束并计算发射光谱，再探讨在切伦科夫探测器中的探测前景，目的是建立QCD轴子可探测性下限。
2026-07-15 astro-ph.CO hep-ph
Detecting Extragalactic Axion-like Dark Matter with Polarization Measurements of Fast Radio Bursts
Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）
本研究利用FAST对FRB 20220912A的偏振测量，搜索河外星系轴子类暗物质，给出了耦合常数上限，提供了一种互补的探测途径。
2026-09-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Identifying axion conversion in compact star magnetospheres with radio-wave polarization signatures
本研究通过射线追踪方法计算中子星磁层中轴子转换产生的射电信号（AIRSs）的偏振特性，发现其具有窄带宽和独特偏振特征，可用于识别轴子转换信号。
2023-10-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Hunting Galactic Axion Dark Matter with Gravitationally Lensed Fast Radio Bursts
本文提出利用引力透镜快速射电暴多像的差分双折射测量探测银河系轴子暗物质，可在SKA时代以单个系统将轴子-光子耦合约束至7.3×10^-11 GeV^-1。
2023-12-21 astro-ph.CO
Extraterrestrial Axion Search with the Breakthrough Listen Galactic Center Survey
在中子星的磁层中，轴子暗物质（DM）可以有效地转化为光子，产生近单色的射电辐射。当由底层电荷分布引起的等离子体频率与轴子质量近似匹配时，这个过程被共振触发。我们寻找证据，这一过程中使用档案绿岸望远镜收集的数据在调查中的银河系中心的C波段的突破听项目。虽然突破聆听的目标是在无线电波段找到外星生命的签名，但我们表明，他们的银河系中心区域的高频分辨率光谱数据非常适合搜索银河系内部pc中NS群体产生的轴子-光子跃迁。我们使用数据驱动的模型来捕获星系内部NS的分布和属性，并使用最先进的射线追踪模拟计算每个NS的预期无线电通量。我们没有发现任何证据的轴子DM和设置领先的轴子光子耦合的限制，排除值下降到$g_{a γγ} \sim 10^{-11}$ GeV $^{-1}$的DM轴子的质量在15和35 $μ$ eV之间。
2022-02-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Impacts of axion cooling on the direct detection of supernova axions
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
Constraints on millicharged dark matter and axion-like particles from timing of radio waves
利用脉冲星计时和快速射电暴观测，我们推导出了关于毫荷电暗物质和超轻类轴子粒子的新约束。毫荷电的暗物质以类似于自由电子的方式影响无线电脉冲到达时间的色散度量。另一方面，光伪标暗物质会导致无线电信号的偏振角振荡。我们表明，当前和未来的数据可以在这两种情况下设置强约束。对于电荷为$εe$的暗物质粒子，这些约束为$ε/{m_{\rm milli}} \lesssim 10^{-8}{\rm eV}^{-1}$，质量为$m_{\rm milli}\gtrsim 10^{-6}\,$ eV。对于类轴子粒子，信号的分析，从磁共振产生的限制，在轴向耦合的顺序$g/m_a\lesssim 10^{-13} {\rm GeV}^{-1}/(10^{-22}{\rm eV})$。如果组分的能量密度$ρ$是总暗物质能量密度$ρ_{\rm dm}$的一小部分，则两个边界的尺度都是$(ρ/ρ_{\rm dm})^{1/2}$。我们做了一个详细的研究，这两个影响使用的数据从两个样本的恒星在星系和球状星团，以及数据从FRB 121102和PSR J0437 $-$ 4715。我们表明，在这两种情况下，实际的脉冲星数据约束这些模型的参数空间的一个新的区域，并将改善与未来的脉冲星定时观测。
2019-08-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dark matter axion detection in the radio/mm-waveband
我们讨论了通过两种机制探测轴子暗物质：自发衰变和共振转换在中子星磁层。对于衰变，我们表明，亮度温度信号，而不是通量，是一个不太模糊的措施，用于选择候选对象。这主要是由于望远镜有限的光束宽度，使人们无法对来自物体的总通量敏感。考虑到这一点，我们认为，大的表面质量密度的银河系中心或室女星系团中心提供了最好的机会，通过自发衰变改善当前的轴子-光子耦合的约束。对于中子星的情况下，我们首先进行了详细的研究混合磁化等离子体。我们推导出输运方程的轴子光子系统通过受控的梯度展开，使我们能够解决非均匀的质量壳约束任意动量。然后，我们推导出一个非微扰的朗道-齐纳公式的转换概率有效的范围内的相对论和非相对论的轴子，并表明，标准的微扰共振转换振幅是一个截断的结果在非绝热限制。我们的处理表明，下落的暗物质轴子通常在磁层中非螺旋地转换。我们描述了一维混合方程的局限性，并解释了三维效应如何激活新的光子偏振，包括纵向模式，并说明这些参数与数值模拟在更高的维度。我们发现，无线电信号的带宽是由多普勒展宽的相对运动的中子星相对于观察者。因此，我们得出结论，来自共振衰变的无线电信号比以前认为的要弱，这意味着人们依赖于局部密度峰值来探测较弱的轴子-光子耦合。
2020-06-17 astro-ph.CO
Axion-Photon Conversion Signals from Neutron Stars with Spacetime Curvature Accounted for in the Magnetosphere Model
本研究将时空曲率纳入中子星 Goldreich-Julian 磁层模型，量化其对轴子共振转换射电信号的影响，发现高质量中子星可使辐射功率预测平均改变22%–37%。
2025-03-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion Echos from the Supernova Graveyard
由天空中的光源引发的轴子暗物质的受激衰变可以沿着视线的延续产生光子通量，指向源的后方。这种所谓的轴子“回波”信号的强度取决于源的整个历史，并且仍然可能来自今天暗淡但过去具有大通量密度的源，例如超新星遗迹（SNRs）。这种回波信号在无线电波段最容易观测到。我们研究了射电望远镜，如平方公里阵列（SKA）的信噪比，已经观察到的回波信号产生的灵敏度，并表明SKA可以达到$g_{aγγ} \sim \mathcal{O}(10^{-11}) \,\mathrm{GeV}^{-1}$级的轴子质量$m_a \lesssim 10^{-5}\;\mathrm{eV}$的轴子光子耦合。此外，我们还预测了来自旧SNRs和新诞生的超新星的信号的检测范围，这些信号可以在未来被检测到。有趣的是，可观测到的回波信号可能来自旧的“幽灵”SNR，这些SNR在过去非常明亮，但现在太暗了，以至于没有被观测到。
2022-04-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A Unique Multi-Messenger Signal of QCD Axion Dark Matter
基于对黑洞-中子星双星的观测，我们提出了一个QCD轴子暗物质的多信使探测方案。这表明，一个密集的暗物质尖峰可能会围绕中等质量黑洞（$10^{3}-10^{5} \mathrm{\,M_{\odot}}$）生长。这种尖峰的存在产生了两种独特的效应：在螺旋上升期间引力波应变的明显相移，以及由于在整个螺旋上升和合并过程中发生在中子星磁层中的共振轴子-光子转换而增强的无线电发射。值得注意的是，引力波信号的观测可以用来推断暗物质密度，从而预测无线电发射。我们研究LISA干涉仪和下一代射电望远镜（如平方公里阵列）的投影范围。在一个足够近的系统中，这样的观测将有可能探测到质量范围为$10^{-7}\,\mathrm{eV}$到$10^{-5}\,\mathrm{eV}$的QCD轴子暗物质。
2020-04-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Axion-like Particle Conversion in the Solar Magnetic Field
该研究探讨太阳磁场中类轴子粒子与光子的转换现象，利用NuSTAR观测数据对ALP-光子耦合施加严格约束。
2025-01-27 astro-ph.CO hep-ph
Axion-Photon Conversion in Neutron Star Magnetospheres: The Role of the Plasma in the Goldreich-Julian Model
对轴子暗物质存在的最有希望的间接搜索是使用射电望远镜来寻找中子星磁层中轴子共振转换产生的窄谱线。不幸的是，大量的理论不确定性阻碍了这种搜索策略被完全接受为鲁棒的。在这项工作中，我们试图解决与等离子体的作用和影响有关的主要悬而未决的问题，包括：磁层中无线电光子的折射和反射是否会引起通量的强烈不均匀性，$(i)$的折射是否会引起过早的轴子-光子退相，$(iii)$光子-等离子体相互作用在多大程度上会引起谱线的加宽，$(iv)$的通量具有很强的时间依赖性，和$(v)$可以由轴子源的无线电光子被等离子体吸收。我们提出了一种基于光线跟踪的端到端分析管道，该管道利用最先进的自动微分算法将光子从转换表面传播到渐近大距离。采用电荷对称的Goldreich-Julian模型的磁层，我们表明，合理的参数应该期待一个强大的各向异性的信号，折射引起的轴光子退相，显着的线加宽，一个变量的时间依赖性的磁通量，并为足够大的磁场，各向异性吸收。我们的模拟代码是足够灵活的后续研究与大范围的磁层模型作为基础。
2022-07-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Novel Constraints on Axions Produced in Pulsar Polar-Cap Cascades
本研究构建轴子产生到射电光子探测的端到端框架，结合27颗邻近脉冲星观测推导轴子-光子耦合约束，验证了模拟与半解析模型的一致性，给出了特定质量区间不依赖暗物质假设的最强轴子约束。
2023-07-25 astro-ph.CO hep-ph
Axion Clouds around Neutron Stars
本研究指出脉冲星极冠放电产生的部分轴子会被中子星引力束缚形成致密轴子云，其能量可通过共振轴子-光子混合产生独特射电信号，现有望远镜或能大幅提升轴子-光子耦合的探测灵敏度。
2024-10-07 astro-ph.CO hep-ph
Light Axion Emission and the Formation of Merging Binary Black Holes
该研究表明轻轴子造成的恒星冷却会抑制公共包层通道形成低质量间隙内的并合双黑洞，从而解释 LIGO/Virgo/KAGRA 数据中的表观质量间隙。
2023-08-16 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Axion-Photon Conversion and Effects on 21cm Observation
最近，EDGES实验在无线电波中发现了21 cm吸收信号的增强，这可能是重子的反常冷却或宇宙微波背景光子的加热。在本文中，我们追求后一种可能性。我们指出，在星系际磁场的作用下，由类轴子粒子组成的暗辐射可以共振转化为光子，从而有效地加热了EDGES实验所需频率范围内的辐射。这可以解释边缘异常。
2018-07-08 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Axion-Photon Mixing from Fast Radio Burst Dispersion Measures
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）
通过分析快速射电暴的色散测量，限制了轴子-光子混合的参数，探讨了高磁场中子星作为FRB起源的可能性。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Searching for axions with time resolved pulsar polarimetry
Durham University（杜伦大学）
通过时间分辨脉冲星偏振观测，研究轴子-光子耦合强度限制，展示时间分辨脉冲星双折射在轴子搜索中的潜力。
2026-05-09 astro-ph.CO hep-ph
Multi-messenger signal from QCD-Axion Ultracompact Minihalos
Institut de Fìsica d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所，巴塞罗那科技研究院）；Facultad de Ingeniería, Universidad San Sebastián（圣塞巴斯蒂安大学工程学院）；Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello（安德斯贝略大学物理科学系）
本研究探索由恒星质量原初黑洞种子、QCD-轴子暗物质构成的超致密小暗晕的多信使信号，通过引力波与射电信号联合检验混合暗 sector。
2026-08-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Short-range nuclear effects on axion emissivities by nucleon-nucleon bremsstrahlung
考虑核子-核子（NN）韧致辐射的短程关联，重新考虑了由NN韧致辐射引起的轴子发射率。本文给出了在非简并极限下，考虑一π和二π交换核势的动量依赖关系的中子-中子（nn）、质子-质子（pp）和中子-质子（np）过程的解析公式。我们发现，两个π交换（短程）效应可以给一个显着的贡献的发射率，并与温度有关。本文还讨论了核子有效质量、极化效应和关联波函数的应用等短程核效应。所有这些核效应的趋势是减小相应的轴子发射率。此外，我们估计，包括所有这些影响计算的发射率的值可以不同于相应的常数核矩阵元素派生的一个因素的$\sim 24$。这导致在提取轴子参数的界限时的不确定因子为$\sim 4.9$
2012-05-31 astro-ph.CO nucl-th
Resonant Conversion of Dark Matter Oscillons in Pulsar Magnetospheres
由于它们的高磁场和等离子体密度，磁共振雷达为超越标准模型（BSM）物理的测试提供了极好的实验室。当轴子或类轴子粒子（axion-like particles，ALP）足够接近光子时，它们可以共振转换为光子，产生戏剧性的电磁信号。我们讨论了从束缚配置的轴子，脉冲星磁层碰撞检测这样的信号的可能性。我们发现，所有的，但dendrified轴子星，$\textit{oscillons}$，潮汐破坏之前，共振转换可以发生。振荡可以有效地转换为光子，导致明亮，短暂的无线电闪光。使用现有的（甚大阵和LOFAR）和即将到来的（平方公里阵）无线电任务观测银河系隆起有可能探测到$m_a \in \left[0.1 \ μ\text{eV}, 200 \ μ\text{eV}\right]$范围内的轴子质量的此类事件，即使轴子在暗物质中所占的比例可以忽略不计。
2020-07-15 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Excess Radiation from Axion-Photon Conversion
本文提出类轴子粒子共振转换为光子的模型，同时解释 ARCADE2 射电过量与 EDGES 21cm 吸收谷异常，并预测可验证的新信号。
2025-08-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Superdense beaming of axion dark matter in the vicinity of the light cylinder of pulsars
本文讨论了曲率辐射、同步辐射和逆康普顿散射的非绝热光子-轴子共振转换，它们是支配双曲星谱密度函数的三个因素。首先，我们介绍了发射模型和基准观测数据。v我们采用了一个国家的最先进的密度分布，缓解紧张与量子电动力学真空极化效应在高磁性恒星，导致有效的混合。然后，我们估计了光子-轴子振荡通过中子星光柱引起的暗物质通量。我们发现，在一个很宽的参数空间内，星系星可以产生比星系晕中暗物质的占有数多个数量级的轴子超密度。我们指出了可能的新方法轴子检测来自这些结果和其他未来的工作路线。
2022-06-15 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
The Glow of Axion Quark Nugget Dark Matter: (II) Galaxy Clusters
本研究利用SLOW模拟分析161个模拟星系团的轴子夸克块暗物质辐射，对比其电磁特征与热轫致辐射等信号，模拟多望远镜观测频段，提出Fornax和Virgo星系团是搜寻该暗物质辐射特征的最优候选。
2024-06-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Testing the axion-conversion hypothesis of 3.5 keV emission with polarization
最近在一些星系团、仙女座星系（M31）和银河系（MW）中心测量到的3.5 keV谱线可以很好地解释为暗物质在星系团或星系的磁场中衰变为类轴子粒子（ALP）并随后转化为3.5 keV光子的情况。我们建议通过进行X射线偏振测量来测试这一假设。由于ALP只能与极化方向平行于磁场的光子耦合，因此我们可以通过测量3.5 keV线的极化并将其与磁场的方向进行比较来确认或拒绝该模型。讨论了星系团和旋涡星系的光度和偏振测量，给出了偏振与星系倾角的一般关系。目前正在开发的X射线偏振探测器，如增强型X射线定时和偏振（eXTP），成像X射线偏振探测器（IXPE）和X射线成像偏振探测器（XIPE），只能勉强检测到这种效应。灵敏度可以进一步提高，在未来与更大的有效面积或更好的能量分辨率的探测器。
2017-02-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing Relativistic Axions from Transient Astrophysical Sources
相对论性轴子从瞬变源（如轴子星爆炸）的发射可以导致可观察到的特征。我们表明，从坍缩轴子星的轴子爆发可以检测到广泛的轴子质量$10^{-15} \, \textrm{eV} \lesssim m \lesssim 10^{-7} \, \textrm{eV}$在实验室实验中，如ABRACADABRA，DMRadio和SHAFT。轴子爆发的检测可以提供新的见解的基本轴子潜力，这是具有挑战性的探测，否则。在遥远的过去，一系列的爆发会产生一个与通常的冷轴子DM不同的弥散轴子背景。与其他特征的重合将为多信使天文学提供一个新的窗口。
2022-03-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
