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
Observing Invisible Axions with Gravitational Waves
如果与轴子相关的佩切-奎因对称性在暴胀后得以恢复，轴子弦将不可避免地对随机引力波背景产生贡献。结合有效场论分析与数值模拟，我们表明，由此产生的引力波频谱具有对数偏差的标度不变形式的振幅，是显着增强，在低频率。因此，一个超轻的类轴子粒子，其衰变常数大于$10^{14}~{\rm GeV}$，质量在$10^{-18}~{\rm eV}$和$10^{-28}~{\rm eV}$之间，会导致可观测到的引力波谱，并且与暗物质过度产生、等曲率和暗辐射对后暴胀情景的约束是相容的。由于频谱在很宽的频率范围内延伸，因此所产生的信号可以通过多次实验检测到。我们描述了直接的方法，在这种衰变常数膨胀后，可以恢复Peccei-Quinn对称性。根据我们的结果，我们还评论了最近可能的NANOgrav信号。
2021-01-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational radiation from an axion cloud around a black hole: Superradiant phase
基于超轻质量弦轴子的可能存在，我们研究了旋转黑洞周围轴子云的引力辐射。轴子云通过超辐射不稳定性吸收黑洞的旋转能量，同时通过发射引力波（GW）损失能量。本文将引力波视为固定背景时空上的微扰，导出能量发射率。对于轴子的康普顿波长远大于BH半径的情况，我们给出了一个解析的近似公式，然后，给出了没有近似的数值结果。通过GW发射的轴子云的能量损失率原来是小于通过超辐射不稳定性的轴子云的能量增益率，直到非线性的自相互作用的轴子变得重要。特别是，轴子玻色诺瓦必须发生在超辐射不稳定性的最后阶段。
2013-12-09 gr-qc hep-ph hep-th
Gravitational wave and dark matter from Axion-Higgs string
通过格点模拟研究 Axion-Higgs string 产生的暗物质与引力波，给出了类轴子粒子参数的界限，并指出预测的引力波谱无法被当前脉冲星计时阵列实验探测。
2024-12-05 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Resonant gravitational waves in dynamical Chern-Simons-axion gravity
本文考虑了动力学Chern-Simons引力场，通过庞特里亚金密度与轴子暗物质耦合的标量场的识别，讨论了参量共振对引力波（GWs）的影响.当我们考虑GWs在相干振荡的轴子云，我们确认，显着的共振放大的GWs发生在一个狭窄的频带，和放大被限制到后期的时代后，入射波的通道。我们还确定了轴子云自发发射GW的条件。一旦我们考虑到的轴子振荡的空间相位分布的随机性，我们发现，与相干的情况相比，放大被抑制，但仍然可以发生显着的放大的GW。我们还研究了在目前的宇宙中，考虑到宇宙的历史，是否有可能放大的GWs。我们发现，共振放大是很难从GW的观察在标准的轴子DM模型，其中轴子是DM的主导成分的情况下进行测试。然而，有一些参数窗口，在其中的GWs的共振放大可能会被观察到，如果轴子是次主导组件的DM，和轴子云的形成被推迟，直到哈勃率变得比轴子质量小得多。
2021-01-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Anomalous character of the axion-photon coupling in a magnetic field distorted by a pp-wave gravitational background
研究了引力辐射影响下的磁场中的轴子-光子耦合问题。我们着重于两个模型的精确解的轴子电动力学方程在pp波引力背景下与初始恒定磁场。第一个模型描述了一个初始恒定的磁场在引力波真空与单位折射率的响应;第二个模型的特点是由一个非单位折射率规定的普通和/或暗物质的存在。我们表明，这两种模型都表现出异常行为的电磁场产生的轴子-光子耦合在磁场的存在下，在引力波的背景下发展。讨论了轴子暗物质在该电动力学系统反常响应形成中的作用。
2014-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
On the Gravitational Origin of the QCD Axion
本文批判性检验引力起源轴子解决强CP问题的可行性，指出仅通过导数耦合标量场与费米子流的模型无法得到满意轴子，并明确量子效应产生引力轴子的必要条件，提出Weyl不变Einstein-Cartan引力是有前景的理论框架。
2025-06-13 gr-qc hep-ph hep-th
Analytic study of dark photon and gravitational wave production from axion
当哈勃参数低于它们的质量时，比$10^{-27}$ eV重的类轴子场预计会在辐射主导的时期振荡。考虑到与暗规范玻色子的陈-西蒙斯耦合，通过快子共振不稳定性在短时间内产生大量的暗光子。所产生的暗光子然后产生引力张量模式，导致手征引力波。通过这个过程，人们可以间接地探测耦合轴子-暗光子模型的大参数空间。在这项工作中，我们首先找到了一个解析表达式的暗光子数密度产生的快子共振制度。其次，利用鞍点近似，我们得到了引力波谱关于质量、耦合和失调角的解析表达式。我们的分析结果可以用于这些类型的场景的观测分析。
2021-04-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Wave from Axion-SU(2) Gauge Fields: Effective Field Theory for Kinetically Driven Inflation
基于Weinberg的暴胀有效场论方法，我们构造了具有位移对称性的赝标量（轴子）暴胀子场的有效拉格朗日量。在这个拉格朗日量中，我们允许轴子场通过陈-西蒙斯项耦合到非阿贝尔规范场。然后，我们分析了一类由动力学项驱动的通货膨胀模型。我们发现，曲率扰动和非高斯振幅的观测约束产生的张量标量比的$r\gtrsim 5\times 10^{-3}$从真空涨落的下限。来自SU（2）规范场的引力波进一步增加了张量标量比，使得总引力波具有部分手征性和非高斯性，这可以通过极化的宇宙微波背景和直接探测实验来探测。讨论了规范场产生的自旋为2的粒子的反作用对参数空间的约束。
2020-04-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial black holes and associated gravitational waves in axion monodromy inflation
在轴子单值暴胀中，暴胀是由具有超普朗克场值的轴子在叠加正弦调制的单值势中驱动的。轴子与无质量规范场的耦合可以在暴胀过程中诱导大量的粒子产生，导致大的非高斯曲率扰动，导致原始黑洞的形成。在本文中，我们探讨的轴子单值暴胀模型，有利于形成原始黑洞的质量范围从$10^8$克到$20$太阳质量的参数空间。我们还研究了相关的引力波及其在脉冲星定时阵列和干涉测量实验中的探测。
2018-11-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Cosmology of the companion-axion model: dark matter, gravitational waves, and primordial black holes
该研究提出伴生轴子模型，引入第二个QCD轴子解决强CP问题与畴壁问题，分析其暗物质产生机制、质量窗口与丰度，并预言了特定频率引力波背景和恒星级原初黑洞等宇宙学特征。
2021-10-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Oscillating Chiral Tensor Spectrum from Axionic Inflation
我们研究了调制势下的轴子暴胀，考察了原初张量功率谱是否具有振荡特征，这一特征可以用未来的空间引力波实验（如DECIGO和BBO）来检验.在单场轴子单值暴胀的情况下，由于轴子的次普朗克衰变常数被抑制，很难检测到谱中的振荡。另一方面，在轴子与SU（2）规范场耦合的顺向色自然暴胀中，由于规范场引起的手征引力波的增强，张量谱中会出现相当大的振荡。我们期待这一特性将成为通过手征引力波研究早期宇宙中轴子现象的一个新的探索。
2016-07-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
High Quality QCD Axion at Gravitational Wave Observatories
强CP问题的轴子解对Peccei-Quinn破缺贡献非常敏感，而Peccei-Quinn破缺贡献与QCD瞬子不一致。重QCD轴子模型之所以吸引人，是因为它们避免了所谓的“质量问题”。我们表明，通用的实现这个框架可以探测的LIGO-Virgo-KAGRA干涉仪，通过随机引力波（GW）信号源的长寿命的轴子弦域壁网络，以及即将到来的测量中子和质子电偶极子矩。此外，我们提供的预测搜索在未来的GW天文台，这将进一步探索重QCD轴子模型的参数空间。
2022-04-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Gravitational wave forest from string axiverse
在弦论中预言的轴子可能有一个标量势，它的势区比传统的余弦势要浅得多。我们首先表明，位于这样的浅电位区域的轴子一般经历突出的共振不稳定性：众所周知的窄共振和/或拍打共振，这还没有得到很好的研究。我们还研究了基于晶格模拟的这些共振不稳定性引起的轴子的非线性动力学。我们发现，弦轴子在不同的质量范围内产生引力波（GW）的峰值在不同的频率确定的质量尺度，被称为GW森林。这可能使我们能够通过未来的多频GW观测来探索弦轴向。我们还研究了解释目前暗物质成分的轴子产生的引力波。
2018-07-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reheating with Axion-SU(2) and Gravitational Chern-Simons Couplings
Trottier Space Institute, Department of Physics, McGill University（麦吉尔大学物理系特罗蒂尔空间研究所）；Department of Physics, Bu-Ali Sina (Avicenna) University（布阿里·西那（阿维森纳）大学物理系）；School of Continuing Studies, McGill University（麦吉尔大学继续教育学院）
研究轴子-SU(2)系统中引力陈-西蒙斯耦合对再加热早期阶段张量功率谱的影响，并探讨其对现时随机引力波谱的潜在关联。
2026-03-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Gravitational Waves from Axion-Gauge Fields Dynamics
受Adshead和Wyman的色自然暴胀模型的启发，我们重塑了它的标量内容，以放松与当前观测边界的紧张关系。除了暴胀子，设置包括一个旁观者扇区，其中轴子和SU（2）规范场通过陈-西蒙斯型项耦合。其结果是一个可行的理论，赋予了另一种在暴胀期间产生引力波的机制。由旁观者场产生的引力波信号可以比标准真空涨落的贡献大得多，它可以根据其手征性和其倾斜度（取决于理论参数值）与后者区分开来。这个产生过程打破了张量标量比和暴胀能量标度之间的关系。因此，即使哈勃速率本身太小，真空无法产生可被即将进行的实验检测到的张量振幅，这个模型仍然支持可观测到的引力波。
2016-08-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Deci-Hz gravitational waves from the self-interacting axion cloud around the rotating stellar mass black hole
本文数值研究了旋转黑洞周围自相互作用轴子凝聚体的演化，考虑了更高多极模式，发现角量子数相差2的模式间跃迁产生十分之一赫兹频带的显著引力波信号，有望被未来探测器观测。
2024-04-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Properties of the Monopole Bag
Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）
研究单极袋状结构在引力坍缩后的最终状态，发现其可能呈现无 horizon 或黑洞状残余，通过轴子 Chern-Simons 项的异常电磁性质避免常规奇点坍缩。
2026-10-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Discovering the QCD Axion with Black Holes and Gravitational Waves
先进的LIGO可能是第一个探测引力波的实验。通过恒星黑洞的超辐射，它也可能是第一个发现衰变常数在大统一尺度以上的QCD轴子的实验。当轴子的康普顿波长与黑洞的大小相当时，轴子与黑洞结合，形成“引力原子”。“通过超辐射过程，占据束缚能级的轴子数量呈指数增长，从黑洞中提取能量和角动量。轴子在引力原子能级之间的跃迁以及轴子湮灭为引力子的过程中可以产生可观测到的引力波信号。这些信号是持久的、单色的，可以与普通的天体物理源区分开来。对于10^-11和10^-10 eV之间的轴子，我们估计在aLIGO上的跃迁事件高达O（1），对于10^-13和10^-11 eV之间的轴子，我们估计湮灭事件高达10^4。在零搜索的情况下，ALIGO可以限制轴子质量的范围内快速旋转的黑洞形成率。在未来的低频引力波观测站中，质量更轻的轴子湮灭也是有希望的;湮灭率有很大的不确定性，主要由超大质量黑洞的自旋分布决定。我们对aLIGO的预测对于来自黑洞环境的扰动是稳健的，并且解释了我们对恒星黑洞自旋测量所建议的6*10^-13 eV < ma < 2*10^-11 eV的QCD轴子的更新排除。
2015-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Scale-dependent gravitational waves from a rolling axion
我们考虑一个模型，其中一个赝标量场$σ$在暴胀过程中滚动一些e折叠，来源于一个规范场的一个螺旋度。这些场只与暴胀子引力耦合，因此只通过引力相互作用产生标量和张量原始扰动。当$σ$的滚动显著时，这些源信号被定位在退出视界的模式上。我们集中我们的研究的情况下，该模型可以同时产生（i）一个大的引力波信号，导致可观察到的B模式的CMB偏振，和（ii）足够小的标量扰动，以便与目前的温度各向异性的限制。参数的不同选择反而会导致在CMB或LSS尺度下的标量扇区中局部且可见地偏离高斯性。
2015-09-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Effects of the Axion Through the Higgs Portal on Primordial Gravitational Waves During the Electroweak Breaking
本文研究电弱破缺后轴子通过希格斯门户产生的短时动能主导时期对原初引力波能谱的影响，发现能谱主要取决于这些短时动能主导时期发生的次数。
2023-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational Waves from Supercool Axions
研究了QCD轴子的Peccei-Quinn（PQ）相变动力学。在弱耦合模型中，除了PQ对称性通过科尔曼-温伯格机制被打破的参数区域外，跃迁通常是二阶的。在强耦合实现中，跃迁通常是一阶的。我们展示了相变导致强过冷、降低成核温度和增强随机引力波信号的例子。该模型预测频率峰值在100-1000 Hz范围内，振幅已经在LIGO的灵敏度范围内，可以用未来的引力波干涉仪进行彻底测试。
2020-03-23 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Coloured gravitational instantons, the strong CP problem and the companion axion solution
量子引力为规范理论引入了一个新的组合宇称破坏源。我们认为，这种新的CP破坏得到捆绑强CP破坏通过彩色引力瞬子。因此，强CP问题的标准轴子解决方案是妥协。此外，我们认为，强CP问题的最终解决方案必须涉及至少一个额外的轴子粒子。
2022-06-23 hep-ph hep-th
Audible Axions with a Booster: Stochastic Gravitational Waves from Rotating ALPs
引力波提供了一种新的方法来探测与暗光子场耦合的轴子或类轴子粒子，即使在没有与标准模型粒子耦合的情况下。然而，在传统的错位机制中，产生可观测的随机引力波背景需要大的轴子衰变常数。在这里，我们调查的引力波信号内产生的动力失调的情况下，假设轴子有一个大的初始速度。它的动能提供了一个足够高的能量预算，以产生一个可检测的引力波信号，也在较低的衰减常数值。我们得到了相应的引力波信号的解析估计和数值模拟，并评估了它在当前和未来的引力波观测站的可探测性。我们进一步给出了模型参数空间上相应的投影约束，以及暗光子或轴子构成暗物质的参数区域，或者宇宙的重子不对称性通过轴生机制产生的参数区域。最后，我们计算GW生产的旋转轴子，这是很难观察到的实验碎裂。
2022-04-15 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational waves from axion inflation in the gradient expansion formalism. Part I. Pure axion inflation
University of Münster（明斯特大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学）
本文研究了轴子膨胀中引力波的产生，采用梯度展开形式法分析纯轴子膨胀模型，发现未来引力波探测器可能只能探测到强反作用区域的引力波信号，这与暗辐射能量密度上限存在冲突。
2026-04-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational wave anisotropies from axion inflation
本文计算了轴子暴胀产生的引力波各向异性的原初关联函数，发现其源张量模式贡献可达到$\mathcal{O}(10^{-1})$，有望被引力波探测器观测到。
2025-04-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Holes and Gravitational Waves in Multi-Axion-Chern-Simons Inflation
我们研究了膨胀的方面和可能性的增强生产的原始黑洞（PBH）和引力波（GW）在一个字符串启发模型的两个轴子场耦合到陈-西蒙斯引力，这导致在运行真空模型的通货膨胀。波动的标度不变的频谱，符合宇宙学数据，在这个模型中提供的世界片（非微扰）瞬子项所产生的弦紧化的轴子场。由于这种调制，有一个增强的生产PBH和GW在这样的宇宙学，这可能会导致可观察到的原则模式，在辐射时代的GW的轮廓。此外，我们证明PBH可能提供了大量的暗物质在这个宇宙中。为了比较，我们还讨论了一个两阶段的通货膨胀宇宙学模型的传统字符串启发的轴子monodromy，再次涉及两个轴子领域。由此产生的修改印在这两类模型之间的GWs光谱是不同的，原则上，可以区分未来的干涉仪。我们考虑的模型或多或少的瞬时再热。我们还做了一些评论的影响，延长再加热期，导致进一步增强的功率谱，从而分数PBH发挥的作用，暗物质。
2022-09-17 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
Chiral primordial blue tensor spectra from the axion-gauge couplings
我们提出了起源于轴子-规范耦合的原初引力波的新特征，其形式是由弦论中形场的降维所激发的。在我们的暴胀模型中，作为暴胀子，我们采用了两种类型的轴子，称为模型无关轴子和模型相关轴子，它们与两个符号组合不同的规范群相互耦合。由于这些形式，规范场的两个偏振模在暴胀过程中都被放大，张量模的两个偏振模都被增强。我们指出，一个原始的蓝倾斜的张量功率谱与小的手征的可能性，提供了这些轴规范耦合的组合，有趣的是，振幅和手征是潜在的未来的空间为基础的引力波干涉仪，如DECIGO和BBO项目测试。
2017-01-04 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Axion Curvaton Model for the Gravitational Waves Observed by Pulsar Timing Arrays
本文提出轴子曲率子模型，通过曲率扰动的非高斯性解释PTA观测到的随机引力波背景，同时抑制原初黑洞的过度产生。
2024-02-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves at interferometer scales and primordial black holes in axion inflation
我们研究了在地面和空间干涉仪，以及在脉冲星定时阵列实验，随机引力波的背景下，可以产生模型的轴子膨胀的检测前景。这个潜在的信号，以及这些实验的发展，打开了一个新的窗口，在尺度上比目前用宇宙微波背景和大尺度结构测量探测的尺度小得多。在轴子膨胀中产生的源信号是这种搜索的理想候选者，因为它在小尺度上自然生长，并且它具有特定的属性（手性和非高斯性），可以将其与天体物理背景区分开来。我们研究在何种条件下，这样的信号可以产生在一个可观察的水平，而不同时生产过剩的标量扰动超过所允许的原始黑洞的限制。我们还探讨了在这个模型的修改版本中产生的标量扰动可能提供一个与当前边界兼容的原始黑洞分布的可能性，它可以作为宇宙中当前黑洞的种子。
2016-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Stringy-Running-Vacuum-Model Inflation: from primordial Gravitational Waves and stiff Axion Matter to Dynamical Dark Energy
在以前的工作中，我们推导出了弦宇宙的运行真空模型（RVM），它提供了一个有效的描述从暴胀到现在的时代的四维弦启发宇宙学的演变。在这个“弦RVM”版本的背景下，假设早期宇宙的特征是纯粹的引力自由度，来自无质量的引力弦多重态，包括反对称张量场。后者起着重要的作用，因为它的对偶产生了一个“刚性”的引力轴子“物质”，这反过来又耦合到引力异常项，假设在早期时代是非平凡的。在存在原始引力波（GW）扰动的情况下，这种反常耦合导致类似于RVM的动力学暴胀，而没有外部暴胀子。我们在这里回顾这个框架，并讨论潜在的场景生成这样的原始GW，其中形成不稳定的域壁，最终崩溃的非球对称的方式，引起GW。我们还注意到，在后暴胀时代，当产生适当的势能时，同一类型的“刚性”轴子物质可以提供宇宙中的暗物质（DM）的（一部分），它很可能是超轻的，这取决于弦启发模型的参数。总而言之，RVM暴胀的新（弦）机制保留了原始（更唯象的）RVM的基本结构，以及它的主要优点：即，一种优雅退出和产生大量熵的机制，能够解释视界问题。它还预言了公理暗能量和目前宇宙中存在的本质型温和动力学暗能量（DE），两者都是宇宙演化暴胀阶段的“活化石”。
2020-12-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Anisotropic Gravitational Waves from Anisotropic Axion Rotation
研究了旋转轴子场在早期宇宙短暂活跃期间产生诱导引力波的机制，发现该机制可产生具有显著大尺度各向异性的强引力波背景，且能避开现有大尺度扰动限制，有望被未来探测器观测到。
2025-08-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Primordial black holes as dark matter and gravitational waves from bumpy axion inflation
我们考虑一个机制，产生一个显着的人口原生黑洞（PBH）和可观察到的随机引力波背景（SGWB）内弦论启发模型的通货膨胀。在这个框架中，暴胀子被确定为一个非紧凑的类轴子场，次领先的非微扰效应可以将陡峭的悬崖连接到光滑的高原上的基础轴子势。当存在与阿贝尔规范场的耦合时，轴子在其势能的悬崖状区域上的运动会触发规范场的一个螺旋态的局域化产生，这是由于轴子在这样一个特征附近的短暂快速滚动造成的。在这种设置中，原始波动来源于矢量场表现出一个本地化的峰值在动量空间对应的模式，退出视界时，轴子速度是最大的。作为这一一般机制的应用，我们提出了一个例子，轴子膨胀既符合普朗克观测CMB尺度，并产生一个人口的轻PBH（$M_{\rm PBH} \simeq 10^{-13} M_{\odot}$），可以占所有的暗物质。在这种情况下，增强的标量波动，导致PBH也产生一个可观察到的SGWB诱导起源在LISA尺度。由此产生的GW信号的振幅和形状继承了其标量源的特定属性（如非高斯性及其形状），这可能使我们能够将这种机制与其他暴胀场景和天体物理背景区分开来。这个GW信号与相应尺度下PBH分布的观测一起，可以提供一个窗口，在比宇宙微波背景（CMB）和大尺度结构（LSS）测量所探测的尺度小得多的尺度上观察暴胀动力学。
2021-01-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves and neutrino oscillations in Chern-Simons axion gravity
在广义相对论中增加一个Chern-Simons（CS）项，研究了在随机引力波背景（SGWB）影响下中微子味振荡的变化.假设暗物质晕是以轴子的形式存在，CS耦合会改变地球上中微子味振荡的模式，直到在某些频率范围内完全抑制。与此同时，晕中的SGWB可以在很窄的频率范围内激发轴子衰变为引力子，从而在增强的SGWB应变中产生潜在的可检测共振峰。一个一致的图片将需要这些功能可能出现在中微子探测超新星，引力波探测器，以及旨在寻找银河系中的轴子晕实验。
2023-01-13 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
First Constraints on Nuclear Coupling of Axionlike Particles from the Binary Neutron Star Gravitational Wave Event GW170817
轻轴子场，如果它们存在的话，可以来源于中子星，因为它们与核物质耦合，并在中子星合并中发挥作用。我们报告了通过分析双星螺旋体GW 170817的引力波来寻找这样的轴子。我们发现没有证据的轴子在采样参数空间。空结果允许我们对质量低于$10^{-11} {\rm eV}$的轴子施加约束，排除衰变常数在$3σ$置信水平下从$1.6\times10^{16} {\rm GeV}$到$10^{18} {\rm GeV}$的轴子。我们的分析提供了第一个约束的轴子从中子星的inspirals，并排除了参数空间中的一个大区域，尚未探测到现有的实验。
2021-09-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Detectability of the chiral gravitational wave background from audible axions with the LISA-Taiji network
本文利用LISA-Taiji网络对手征引力波背景进行参数估计，发现轴子-暗光子和轴子-聂-严耦合的归一化模型参数及圆偏振参数在1-sigma置信水平下能被高精度约束。
2025-03-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
Nano-Hz gravitational wave signature from axion dark matter
本文计算了轴子暗物质产生的U（1）规范场随机引力波背景的精确谱。规范场的爆炸性产生很快使线性分析的适用性失效，需要非线性格式。我们利用数值晶格模拟，以适当地遵循非线性动力学，如反向反应和再散射，这给重要的贡献发射的引力波。事实证明，衰变常数为$f \sim 10^{16}$ GeV的轴子给出了正确的暗物质丰度，预测了SKA可检测到的圆偏振引力波特征。我们还表明，由此产生的引力波频谱有可能解释NANOGrav12.5年的数据。
2020-10-21 astro-ph.CO hep-ph
Induced Domain Walls of QCD Axion, and Gravitational Waves
提出重轴子与QCD轴子混合产生感应畴壁的新机制，解释暗物质并可能对应NANOGrav观测的引力波背景。
2024-10-11 astro-ph.CO hep-ph
Dynamical Axions and Gravitational Waves
在本文中，我们探讨了可观测到的引力波作为QCD轴子动力学表现的可能性。特别是，我们专注于动力学轴子模型，解决了强CP问题，并包括在TeV尺度的QCD类规范群的限制。我们利用线性σ模型研究了含$N_F=3$和$N_F=4$轻味模型的手征对称性破缺相变。该模型以对角场$φ$为序参量，描述了标量介子谱及其相互作用。我们发现引力波的振幅通过比值$m_{η'}/m_φ$依赖于动力学轴子$η'$的质量。由此产生的光谱可能会在未来的中程引力波实验，如AION/MAGIS，DECIGO和BBO观察。此外，TeV态可以在对撞机上搜索，它们的量子数可以表征，这为轴子物理学、引力波和对撞机搜索之间提供了独特的联系。
2019-07-29 astro-ph.CO hep-ph
Probing the axion-photon coupling with space-based gravitational waves detectors
提出修改空间引力波探测器光学平台，用圆偏振器替换半波片，以测量轴子暗物质引起的真空双折射，虽灵敏度略降但使LISA等成为低轴子质量最灵敏实验。
2025-02-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Resonant Gravitational Wave Amplification - Axion and Inflaton
我们证明了随机引力波背景的参数放大过程中的暴胀再加热和轴子/模量振荡。这种放大增强了弦/暴胀重力波信号的可探测性，在光谱上留下了指纹，可能会被未来的引力波探测器发现。
1997-10-02 astro-ph gr-qc hep-ph
Gravitational Waves and Dark Photon Dark Matter from Axion Rotations
在早期宇宙中，一个在场空间中旋转的轴子可以通过快子不稳定性产生暗光子。这种爆炸性粒子的产生创造了随机引力波的背景，可以在脉冲星定时阵列或其他引力波探测器上看到。这种情况为暗光子暗物质提供了一个新的历史。暗光子可能是温暖的，在未来的21厘米线调查中可以检测到。对于一个相容的宇宙学，包含轴子的复场的径向方向必须是热化的。我们详细探讨了一个具体的热化机制，并演示了这种设置可以负责所观察到的重子不对称性的产生。
2021-04-05 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Signatures of Axion Dark Matter via Parity-Violating Interactions
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）
通过奇性违反相互作用研究轴子暗物质的引力特征，利用引力波信号约束轴子-引力子耦合系数，提供直接地球约束。
2026-01-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Observational constraint on axion dark matter in a realistic halo profile with gravitational waves
本文研究了在更真实的core NFW暗物质晕轮廓下，利用引力波次级信号对轴子暗物质的观测约束，发现先前研究获得的轴子质量与耦合约束对暗物质分布轮廓具有鲁棒性。
2023-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves from axion-like particle cosmic string-wall networks
类轴子粒子（ALP）是暗物质（DM）的一个引人注目的候选者，其产生与弦壁网络的形成有关。如果由弦包围的墙持续存在，这就要求势能具有多个局部极小值（$N>1$），它们必须在成为主导之前湮灭。它们主要湮灭为引力波和非相对论性ALP。我们表明，对于ALPs以外的QCD轴子，这些引力波，如果在低于100 eV的温度下产生，可以检测到未来的宇宙学探测ALPs的质量从$10^{-16}$到$10^{6}$ eV，可以构成整个DM。
2021-09-20 astro-ph.CO hep-ph
String Decomposition and Gravitational Waves in High-quality Axion Gauge Theories
研究高精度轴子规范理论中轴子弦的分解机制及其通过引力波双平台特征验证的宇宙学意义。
2025-11-26 astro-ph.CO hep-ph
Observational constraint on axion dark matter with gravitational waves
宇宙中的大多数物质都是不可见和未知的，这就是所谓的暗物质。暗物质的一个候选者是轴子，它是一种超轻粒子，被激发来解决CP问题。轴子在星系晕中形成云，放大并延迟在云中传播的部分引力波。银河系被暗物质晕所包围，暗物质晕是由许多轴子斑块组成的。因此，在致密双星合并的引力波信号被报道之后，特征次级引力波总是被期待的。本文导出了次级引力波的实际振幅。然后我们用一种优化的方法寻找具有特征时延和持续时间的引力波。我们没有发现明显的信号。假设轴子是暗物质的主要成分，我们得到了质量范围[ $1.7 \times 10^{-13}, 8.5 \times 10^{-12}$ ] $\mathrm{eV}$的轴子与宇称违反引力扇区的耦合约束，它最多比重力探测器B的强$\sim 10$倍.
2022-10-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Gravitational wave probes of axion-like particles
我们最近发现，轴子和类轴子粒子（ALP）在早期宇宙中开始振荡时，可能会发射出可观测到的随机引力波（GW）背景。在这份说明中，我们确定了ALP参数空间的区域，这可能是由未来的GW探测器，包括地面和空间为基础的干涉仪和脉冲星定时阵列探测。有趣的是，这些实验有能力探测轴子从下而上，即在非常弱的耦合制度，否则不受约束。此外，我们还讨论了有限暗光子质量和动力学混合对机制的影响，以及轴子与标准模型场耦合的敏感性。我们的结论是，现实的轴子和ALP的情况下，确实可能会探测GW的实验在未来，并提供进一步研究的信号模板。
2020-12-22 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Waves from Axion Monodromy
大场暴胀可以说是慢卷暴胀最简单、最自然的变体。Axion monodromy可能是实现这种情况的最有前途的框架。作为其定义特征之一，长程多项式势具有短程瞬变调制。这些可以在后暴胀区域的潜力引起一系列的局部极小值。我们表明，对于某些参数的选择，暴胀子填充一个以上的这些真空内一个单一的哈勃补丁。这对应于动态相分解，类似于热一阶相变过程中发生的情况。在随后的气泡壁碰撞过程中，最低的轴子极小值最终占据了所有空间。我们的主要结果是，这个剧烈的过程产生了引力波，非常像一阶相变的情况。我们计算信号的能量密度和峰值频率，其可以位于mHz-GHz范围内的任何地方，可能在下一代干涉仪的范围内。我们还注意到，这种“动力学相分解”现象及其引力波信号是更普遍的，并可能适用于其他的膨胀或再加热方案与轴子和调制的潜力。
2016-07-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing the Early Universe with Axion Physics and Gravitational Waves
我们显示的预期达到的实验网络，正在全球范围内建立的目的是检测“看不见的”轴子，在光的非标准的宇宙热历史的结果。假设轴子是暗物质，我们讨论了达到一个成功的检测由一个特定的轴子质量窗口的原始核合成发生之前的宇宙学背景的不同修改的给定的实验设置。无论是在目前的冷轴子的能量预算的情况下，通过真空重新排列机制单独产生，或在轴子弦也提供了额外的贡献的轴子能量密度的情况下，结果。我们还表明，在某些宇宙学模型中，来自轴子弦网络的引力波谱将在未来的探测器网络（如LISA和DECIGO-BBO）的范围内。我们的结论是，描述早期宇宙的一些场景可以探测联合的实验努力轴子探测和重力波多信使天文学。
2019-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Transplanckian axions !?
我们讨论了爱因斯坦理论中的量子引力效应与周期性轴子标量的耦合，以分析实现超普朗克轴子周期（又名衰变常数）的几种建议的可行性及其在大场膨胀模型中的可能应用。我们研究的效应对应于在轴子下带电的欧几里得引力瞬子的成核，我们的结果基本上与弱引力猜想相容（但独立于弱引力猜想），如下：具有超普朗克周期的单轴子理论包含引力瞬子，在轴子势中诱导相当大的高次谐波，这破坏了超普朗克暴胀子场范围。类似的结果也适用于晶格排列的多轴子模型（如Kim-Nilles-Peloso模型）。最后，具有$N$轴子的理论仍然可以实现适度的超普朗克周期性（通过$\sqrt{N}$因子），在轴子势中没有更高的谐波。弱引力猜想在这种情况下不成立，因为不存在一些瞬子，而这些瞬子是离散的$\mathbf{Z}_N$规范对称性所禁止的。最后我们讨论了这些瞬子在弦紧化中作为欧几里得D-膜的实现。
2015-04-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
