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
Resonant Conversion of Gravitational Waves in Neutron Star Magnetospheres
本研究计算了中子星磁层中通过逆Gertsenshtein机制将引力波共振转换为光子的过程，利用X射线和红外观测对高频随机引力波背景设定了强约束，其频率范围与实验室搜索互补。
2024-06-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
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
Maximal spin and energy conversion efficiency in a symbiotic system of black hole, disk and jet
研究了一个适用于超大质量黑洞的黑洞-吸积盘-磁层-喷流共生的组合模型.我们量化的质量和自旋的演变，我们分析了如何限制值的自旋参数和吸积质量到辐射的转换效率取决于电磁辐射反应，磁层特性和辐射截断半径的相互作用。主导效应来自闭合的磁场线区域，其将自旋极限值降低到~0.89（在其不存在时为~0.99）。因此，对黑洞自旋的观测可能有利于或不利于闭合磁场线区域（或其与磁盘的耦合）的存在。我们还发现，从观测推断，从吸积盘的最里面的部分的辐射的抑制，和一个准直喷流都增加了自旋极限和能量转换效率。
2011-10-13 astro-ph.CO gr-qc
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
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
Probing high frequency gravitational waves with pulsars
本文研究了脉冲星磁层中的引力子-光子转换，利用Crab和Geminga脉冲星观测数据约束了高频随机引力波，填补了现有实验空白并推动了引力波观测的频率前沿。
2023-05-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion-photon multimessenger astronomy with giant flares
我们用巨型耀斑（GFs）来看待多信使天文学的前景，这是一种罕见的瞬态事件，其特征是磁星，其亮度可以与有史以来观测到的一百颗最亮的超新星一样。在磁气圈中，射出来的光子可以通过共振转换与对应的轴子相关联。在一个现实的参数空间中，我们发现，目前可行的实验银河GF的灵敏度极限是$\mathrm{g}_{ϕγ}\!\gtrsim\!\mathrm{several}\!\times\!10^{-13}$ GeV $^{-1}$ \& $\mathrm{g}_{ϕe}\!\gtrsim\!\mathrm{few}\!\times\!10^{-12}$。我们排除了轴子耀斑与最近的XENON 1 T过剩的兼容性，只是由于信号的时间持久性。
2022-06-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
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
A Search for Axionic Dark Matter Using the Magnetar PSR J1745-2900
我们报告了一个从银河系中心磁星PSR J1745-2900的磁层中寻找暗物质轴子转换光子的过程。Jansky甚大阵。未检测到显著的光谱特征。使用PSR J1745-2900的混合模型和关于暗物质密度分布的规范假设，我们排除了轴子-光子耦合$g_{aγγ}$ > 6-34 x 10 $^{-12}$ GeV $^{-1}$的轴子模型，在质量范围4.2-8.4，18.6-26.9，33.0-41.4，53.7-62.1，和126.0-159.3 $μ$ eV。如果有一个暗物质尖点，极限降低到$g_{aγγ}$ > 6-34 x 10 $^{-14}$ GeV $^{-1}$，这与观测到的质量范围> 33 $μ$ eV的一些轴子模型重叠。这些限制可以通过对可以促进轴子-光子转换过程的受激发射进行建模来改善。
2020-08-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
High Sensitivity Methodologies to Detect Radio Band Gravitational Waves
Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University（北京师范大学前沿天文与天体物理研究所）；Department of Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学天文系）；Bureau of Frontier Science and Education, Chinese Academy of Sciences（中国科学院前沿科学与教育局）
本文研究了通过Gertsenshtein-Zeldovich效应将引力波与磁场共振，产生电磁信号的方法，探讨了FAST和SKA2-MID望远镜在脉冲星磁层中检测无线电波引力波的灵敏度，并提出四种观测方法以提高探测灵敏度。
2026-05-21 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
Stimulated capture of axion dark matter around primordial black holes
Univ Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra and CFisUC（科英布拉大学理学院和CFisUC）
该研究探讨原初黑洞周围轴子暗物质的受激捕获，推导类氢基态云形成与存活的判据，分析其在中子星磁层共振转换及微引力透镜畸变方面的观测意义。
2026-10-16 astro-ph.CO gr-qc 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
New Limits on Axionic Dark Matter from the Magnetar PSR J1745-2900
轴子是一个很有希望的暗物质候选者，它被激发来解决强CP问题，也可能解决宇宙学的物质-反物质不对称性。在强磁场的存在下，轴子-光子转换是可能的，这样产生的光子将具有与轴子质量相等的能量。在这里，我们报告的银河系中心磁星PSR J1745-2900的射电光谱获得的轴向暗物质的新的限制。磁星有一个$1.6\times10^{14}$ G的磁场，它与暗物质密度$2\times10^5$到$2\times10^9$的相互作用，其密度比地球上的月相仪所遇到的当地暗物质大一倍，这取决于银河系的暗物质分布。在轴子质量范围4.1-165.6 $μ$ eV（1-40 GHz）的62%范围内没有检测到显著的光谱特征。对双光子耦合强度$g_{aγγ}$的通量限制的解释取决于磁层转换模型和银河系中心的暗物质密度。对于标准的暗物质分布，我们排除了具有$g_{aγγ}> $ 6-34 $\times 10^{-12}$ GeV $^{-1}$的轴子模型，在质量范围4.2-8.4，8.9-10.0，12.3-16.4，18.6-26.9，33.0-62.1，70.1-74.3，78.1-80.7，105.5-109.6，111.6-115.2、126.0-159.3和162.5-165.6 $μ$ eV。对于Sgr A* 附近恒星轨道所允许的最大暗物质尖点，这些极限降低到$g_{aγγ} > $ 6-34 $ \…
2020-08-25 astro-ph.CO hep-ph
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
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
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
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
Generalized Ray Tracing for Axions in Astrophysical Plasmas
本研究提出适用于天体物理等离子体中轴子研究的广义射线追踪框架，采用完全协变方案结合前向与后向追踪方法，量化多种物理效应的影响，证实可提升对银河系中心磁陀星轴子谱线的探测灵敏度，有望触及QCD轴子参数空间。
2023-11-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Physics beyond the Standard Model with the DSA-2000
DSA-2000将通过无线电观测探索轴子、暗光子、暗物质次亚结构和中微子质量等超越标准模型的物理现象。
2026-01-05 astro-ph.CO hep-ph
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
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
