Axion-Photon Conversion in 3D Media and Astrophysical Plasmas
本文推导了磁化等离子体中轴子-光子转换的输运方程，完整描述三维介质中光子产生与传播，无发散且包含折射，为轴子暗物质间接探测提供关键计算基础。
2023-12-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Friendship in the Axiverse: Late-time direct and astrophysical signatures of early-time nonlinear axion dynamics
弦论的一般低能预言是存在大量的轴子，通常被称为弦轴宇宙。轴子也有一个自然的宇宙学产生机制，真空错位，使它们成为动机良好的暗物质（DM）候选者。许多关于轴子产生的工作都考虑了单个自由轴子的情况，但在现实的轴宇宙中，弦轴子被期望密集地分布在质量的许多数量级上，并通过它们的联合势相互作用。在本文中，我们表明，在这种潜在的非线性导致一种新的类型的共振能量转移与附近的质量的轴子之间。这种共振通常将能量从具有较大衰变常数的轴子转移到具有较小衰变常数的轴子，并导致大量签名。这些包括增强的直接探测前景的共振对，即使是一个小的暗物质的子组件，并提高小规模的结构，如果对是大部分的DM。不久的将来，ADMX和DM Radio等实验的迭代将对这种情况敏感，DM子结构的天体物理探测也是如此。
2021-09-20 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On the interplay between astrophysical and laboratory probes of MeV-scale axion-like particles
类轴子粒子（axion-like particles，ALP）的研究通常集中在单一类型的相互作用上，例如仅与光子的耦合。然而，大多数ALP模型预测不同耦合之间的相关性，这在重要方面改变了现象学。例如，一个MeV尺度的ALP在高能量下与标准模型规范玻色子耦合，通常会与光子、$W^\pm$和$Z$玻色子以及低能的介子和核子相互作用。我们研究了这种情况的影响，并指出，天体物理的限制，特别是从SN 1987 A，可能会大大放宽，开辟新的参数空间区域，可以探索与实验室实验，如NA 62。
2020-07-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Spectral distortions of astrophysical blackbodies as axion probes
本研究发现斯隆数字巡天星表中十余颗光学波段近完美黑体光谱的白矮星可作为新物理测试平台，通过其无光谱畸变的观测结果约束带电磁耦合的轴子参数空间，并展望未来改进方向。
2023-05-05 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
New Atomic probes for Dark Matter detection: Axions, Axion-like particles and Topological Defects
本文简要介绍了最近提出的轴子、类轴子赝标粒子和拓扑缺陷暗物质的探测方案。我们主要集中在使用原子和分子系统的暗物质检测的可能性。对于轴子和类轴子粒子，这些方法是正在进行的光子-轴子相互转换实验和天体物理观测的补充探测。对于拓扑缺陷，这些方法是补充传统的天体物理搜索计划的基础上的引力签名。
2014-09-10 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Terrestrial WIMP/Axion astronomy
在直接暗物质（DM）探测实验中预测信号需要了解当地晕的天体物理结构。这种理解中的任何不确定性都会直接影响到所有的实验结果。然而，我们的地面实验能够研究这种相同的天体物理依赖性，事实上，这是我们在亚毫秒差距尺度上对局部晕的唯一探测。这是最好的情况下实现的WIMP暗物质，如果方向敏感的实验是可行的，但需要新的参数化的速度分布，使模型独立的索赔。对于轴子来说，前景要大得多，与天体测量探测器相比，占星仪将能够更好地测量局部DM分布。
2017-10-30 astro-ph.CO hep-ph
New astrophysical bounds on ultralight axionlike particles
受到普通冷暗物质（CDM）的预测和星系尺度观测之间的紧张关系的影响，质量为$10^{-22}~{\rm eV}$量级的超轻类轴子粒子（ULALP）被提出作为另一个CDM候选者。我们认为冷和碰撞的ULALP产生于早期宇宙的真空重新排列机制，构成了大部分的CDM。ULALP流体通常由经典场方程描述。然而，我们表明，像QCD轴子，ULALP热化引力自相互作用，并形成一个玻色-爱因斯坦凝聚体，量子现象。像QCD轴子一样，ULALP解释了暗物质焦散环的观测证据，因为它们热化并进入它们可用的最低能量状态。这是回转球体上的刚性旋转。通过研究ULALP对银盘星的加热效应以及银盘IRAS图中三角形特征观测到的焦散环厚度，我们分别得到了$10^{-23}$和$10^{-20}~{\rm eV}$阶ULALP质量的下限.
2017-03-01 astro-ph.CO
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
Resonant instability of axionic dark matter clumps
轴子是暗物质粒子的热门候选者。轴子暗物质可以形成玻色-爱因斯坦凝聚体，并且可以被引力束缚以形成轴子团块。在频率为$ω=m_{a}/2$的电磁波的存在下，其中$m_{a}$是轴子质量，可能发生共振增强，导致轴子团的不稳定性。本文用解析和数值方法研究了无限大均匀质量分布和有限边界分布的轴对称暗物质团簇的共振不稳定性。在考虑了引力红移和等离子体效应等实际天体物理环境后，我们得到了一个在轴子密度-团簇尺寸参数空间中的不稳定区域，该不稳定区域具有一定的质量和轴子耦合.特别是，我们表明，由QCD轴子在平衡状态下形成的轴子团块，不会发生共振不稳定性。
2020-06-20 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
Looking for Axion Dark Matter in Dwarf Spheroidals
我们研究的范围内，冷暗物质轴子的衰变可以探测到即将到来的射电望远镜，如平方公里阵列（SKA）。特别是，我们专注于从矮球状星系，天体物理的不确定性减少和预期的磁场强度是这样的，从轴子衰变产生的信号可能会占主导地位的轴子光子转换在磁场的信号。我们发现，与$\sim100$小时的观察时间，SKA可以提高电流灵敏度的约5倍。
2019-03-14 astro-ph.CO hep-ph
Missing in Axion: where are XENON1T's big black holes?
我们开创了黑洞质量间隙作为一个强大的新工具约束新粒子。耦合到标准模型的一种新粒子--如轴子--在第三类恒星的核心中充当额外的损失源，抑制由于风引起的质量损失并淬灭对不稳定性。这导致了更重的天体物理学黑洞。作为一个例子，使用恒星模拟，我们表明，最近的XENON 1 T过剩的太阳轴子解释意味着天体物理黑洞的~ 56 MS，正方形内的黑洞质量差距预测的标准模型。
2020-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Hidden Photon Dark Matter Interacting via Axion-like Particles
我们研究的情况下，宇宙中的暗物质是由非常轻的隐藏光子下的$Z_{2}$对称变换。与通常的情况相反，动力学混合被对称性所禁止，并且暗光子仅通过充当“信使”的类轴子粒子与标准模型光子相互作用。专注于签名涉及普通光子，我们的调查的现象学包括宇宙学的稳定性，CMB扭曲，天体物理能量损失，光照射通过墙壁实验，太阳镜和太阳X射线观测的限制。
2020-10-29 astro-ph.CO hep-ph
Active Galactic Nuclei Shed Light on Axion-like-Particles
我们证明了天体光度关系中的散射可以用来寻找类轴子粒子（ALP）。这种分析适用于活动星系核的观测，在那里我们发现的证据强烈暗示存在一个非常轻的ALP。
2009-02-13 astro-ph.CO gr-qc 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
Heterodyne Broadband Detection of Axion Dark Matter
我们提出了一种新的宽带搜索策略，超轻轴子暗物质与电磁相互作用。振荡轴子场诱导超导腔的两个准简并共振模之间的跃迁。在针对高质量和低质量优化的两个宽带运行中，该设置可以探测未探索的参数空间，用于覆盖质量为15个数量级的轴子状粒子，包括天体物理学上的长程模糊暗物质。
2020-07-30 astro-ph.CO hep-ex 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
130GeV gamma-ray line through axion conversion
我们将轴子-光子转换机制应用于费米卫星观测到的130 GeV $γ$射线谱线。在银河系中心附近，一些天体物理源和/或粒子暗物质可以产生高能轴子（或类轴子粒子），轴子在飞向地球的过程中在银河系磁场中转化为$γ$射线。由于连续$γ$射线和反质子的产生在轴子的产生中被充分抑制，这种情况符合130 GeV的$γ$射线线，而不与宇宙射线测量相冲突。我们推导了暗物质的轴子产生截面和衰变率，以拟合作为轴子参数函数的$γ$射线过剩。在这种情况下，$γ$射线的空间分布取决于暗物质分布和磁场配置，这将通过未来的$γ$射线观测进行测试，例如，H.E.S.S. II、CTA和伽马-400。作为一个说明性的例子，我们研究现实的超对称轴子模型，并显示出良好的参数，很好地适合$γ$射线过剩。
2015-04-27 astro-ph.CO hep-ph
Searching for a dark matter induced galactic axion gradient
本研究提出超轻轴子可作为暗物质与标准模型的新型通道，指出暗物质激发的星系轴子梯度可通过自旋进动实验探测，现有共磁强计数据已给出约束，未来实验将探究相关合理模型，且该相互作用无需轴子质量精细调节。
2024-12-11 astro-ph.CO hep-ph
Probing Ultra-light Axion Dark Matter from 21cm Tomography using Convolutional Neural Networks
我们目前的预测超轻类轴子粒子（UNOPS）的可探测性从未来的21厘米射电观测周围的时代的再电离（EoR）。我们表明，轴子作为占主导地位的暗物质组分有显着的影响，由于在早期宇宙的小尺度密度扰动的抑制再电离的历史。这种行为强烈地依赖于轴子粒子的质量。通过对大红移范围内中性氢亮温场的数值模拟，我们构造了一组训练数据。该数据用于训练卷积神经网络，该网络可以直接在亮度温度场的空间结构和输入轴子质量之间建立联系。我们构建了未来平方公里阵列调查SKA 1-Low的模拟观测，发现即使存在现实的噪声和分辨率限制，网络仍然能够预测输入的轴子质量。我们发现，轴子质量可以在很宽的质量范围内恢复，精度约为20%，并且作为整个DM贡献，如果轴子质量为$M_X<1.86 \times10^{-20}$ eV，使用SKA 1-Low可以在68%处检测到轴子，尽管如果我们放松我们对天体物理建模的假设，将这些天体物理参数视为讨厌的参数，这可以降低到$M_X<5.25 \times10^{-21}$ eV。
2022-01-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Photon Dark Matter Produced by Axion Oscillations
尽管人们对以假想的暗光子形式寻找超轻暗物质的兴趣越来越大，并付出了大量努力，但它如何符合一致的宇宙学尚不清楚。已知先前提出的几种暗光子暗物质产生机制具有局限性，至少在某些实验感兴趣的质量范围内。在这封信中，我们探索了一种新的机制，相干振荡的类轴子场可以有效地转移其能量密度的暗光子场通过快子不稳定性。剩余的轴子残骸随后通过与可见部分的耦合而耗尽，只留下暗光子作为暗物质。我们保证了轴子和暗光子的宇宙学与现有的约束条件是一致的。我们发现，该机制适用于广泛的暗光子质量，包括正在进行的实验和拟议的检测技术的兴趣。
2019-05-02 astro-ph.CO hep-ph
Relativistic axions from collapsing Bose stars
轻玻色（类轴子）暗物质的子结构可能凝聚成致密的玻色星。我们研究了由轴子类粒子的吸引力自相互作用引起的临界质量恒星的坍缩，发现这些过程以一种意想不到的普遍方式进行。首先，非线性自相似演化（在凝聚态物理中称为“波坍缩”）迫使粒子落入恒星中心。第二，致密中心的相互作用产生了一股温和的相对论性粒子流，带走了恒星质量的重要部分。当恒星残骸不再能够支撑供给碰撞的自相似坠落时，坍缩停止。我们简短地讨论这些现象可能的天体物理学和宇宙学意义。
2016-12-05 astro-ph.CO hep-ph
Searching for solar axions using data from the Sudbury Neutrino Observatory
我们探索了一种新的检测太阳轴子的可能性，它只依赖于他们的耦合到核子，通过轴子诱导的氘核分解成它们的组成中子和质子。这个过程的一个合适的目标是现在已经结束的萨德伯里中微子天文台（SNO）实验，该实验依赖于大量的重水来解决太阳中微子问题。从完整的SNO数据集，我们排除了在95% C. L的$|g^3_{aN}|\equiv\frac{1}{2}|g_{an}-g_{ap}|>2\times10^{-5}$ GeV ${}^{-1}$在模型独立的时尚等矢量轴核子耦合。亚兆电子伏的轴子质量，涵盖以前未探索的区域的轴子参数空间。在$g_{an}$和$g_{ap}$之间没有精确抵消的情况下，这个结果也超过了其他实验室实验的可比约束，并且排除了由于轴子捕获而使SN 1987 A和中子星冷却的天体物理约束不适用的参数空间区域。
2021-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Exponential gravity with logarithmic corrections in the presence of axion dark matter
本文研究以类轴子标量场为暗物质、含对数修正的指数修正引力，并通过最新观测数据将其与无压强流体模型及 ΛCDM 比较，发现拟合相近但 ΛCDM 因参数更少更优。
2024-06-13 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Opening the 1$\,$Hz axion window
质量为$m_ϕ\sim 10^{-15}$ eV的类轴子粒子（ALP）以频率$\sim$ 1 Hz振荡。这个质量尺度存在于天体物理学约束的一个开放窗口中，自然地出现在弦/M理论的大统一（GUT）中。然而，由于大统一体尺度的衰变常数，这样的ALP过于封闭宇宙，不能解决强CP问题。本文提出了一个双轴子模型，其中1 Hz ALP构成了暗物质（DM）的全部，而QCD轴子解决了强CP问题，但对DM残余密度的贡献可以忽略。实现正确的遗物密度的机制依赖于低尺度的通货膨胀（$m_ϕ\lesssim H_{\rm inf}\lesssim 1$兆电子伏），我们提出了明确的实现这样一个模型。导致1 Hz轴子的轴子势的尺度产生了一个强CP相的值，该相在$\barθ_{\rm QCD}\sim 10^{-12}$周围振荡，在质子储存环电偶极矩实验的范围内。1赫兹的轴子也在不久的将来实验室和天体物理学研究的范围内。
2020-12-09 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Searching for the QCD Dark Matter Axion
本文回顾QCD轴子（冷暗物质候选者）的天体物理搜索、理论进展及历史，介绍其搜索现状、未来前景及正在开发的探测技术。
2025-04-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
From Axion Detection to Dark Matter Astronomy
Seoul National University（首尔大学）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
该研究提出用haloscope网络结合干涉相位等技术，测量轴子子结构参数以检验轴子产生场景，扩展探测范围至微团等天体，推动轴子探测向暗物质天文学发展。
2026-10-16 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing light dark matter particles with astrophysical experiments
Hulse-Taylor双星系统的轨道周期损失首次间接证实了引力波存在的证据，这与爱因斯坦的广义相对论预言是一致的。行星的近日点进动、引力光弯曲和夏皮罗时间延迟是爱因斯坦广义相对论的其他检验。然而，从广义相对论的预测中，这些观测的测量结果存在很小的不确定性。为了考虑这些不确定性，我们提出了超轻轴子和矢量规范玻色子辐射的$U(1)^\prime$扩展超出标准模型的情况下。我们得到的超轻轴子参数（轴子质量和衰变常数）的观测不确定性的紧凑的二元系统的轨道周期损失，引力光弯曲，夏皮罗时间延迟和双折射现象的约束。我们还从紧双星系统的轨道周期损失得到了超轻$U(1)_{L_μ-L_τ}$规范玻色子的界。行星近日点进动的不确定性也给$U(1)_{L_e-L_{μ,τ}}$轻规范玻色子设定了界限。这些轻粒子可能是模糊暗物质的有希望的候选者，可以从上述精确测量中探测到。
2021-10-07 astro-ph.CO gr-qc 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
Hydrogen Axion Star: Metallic Hydrogen Bound to a QCD Axion BEC
作为冷暗物质的候选者，QCD轴子可能形成玻色-爱因斯坦凝聚体，称为轴子星，质量在$10^{-11}\,M_{\odot}$周围。在本文中，我们指出一个全新的天体，一个氢轴子星（HAS），很可能是由普通重子物质成为引力束缚到轴子星。我们研究了HAS的性质，发现HAS的氢云中心具有较高的压力和温度，可能处于液态金属氢状态。由于轴子星和氢云的粒子数密度都很高，轴子和氢之间微弱的相互作用仍然可以在$10^{13}~\mbox{W}\times(m_a/5~\mbox{meV})^4$周围产生足够的内部能量，使这些物体成为发光的点源。高分辨率的紫外、光学和红外望远镜可以通过黑体辐射发现HAS。
2016-12-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
DarkGEO: A Large-Scale Laser-Interferometric Axion Detector
本文提出将GEO600设施迭代升级为千米级激光干涉轴子探测器DarkGEO，以在10^{-16}至10^{-8} eV频段显著超越现有轴子与类轴子粒子的探测限制，并探测大统一理论及宇宙红外背景相关参数空间。
2024-01-22 astro-ph.CO
How do Magnetic Field Models Affect Astrophysical Limits on Light Axion-like Particles? An X-ray Case Study with NGC 1275
类轴子粒子（Axion-like particles，ALP）是粒子物理学标准模型的一个很好的扩展，目前对活动星系核（AGN）的X射线观测对ALP与电磁场的耦合（$g_{a γ}$）提出了最严格的限制，特别是对于非常轻的ALP（$m_a\lesssim10^{-11}$ eV）。我们重新审视了Reynolds等人（2020）使用NGC 1275（英仙座星系团的中心AGN）的Chandra X射线光栅光谱学获得的限制，检查X射线光谱模型和磁场模型的影响。我们还提出了一个新的公开可用的代码，ALPro，我们用它来解决ALP传播问题。我们讨论了英仙座湍流磁场的证据，并表明，它可以是重要的解决尺度低于相干长度的磁场结构。我们重新分析了NGC 1275 X射线光谱使用改进的数据处理和基线光谱模型。我们发现的限制是不敏感的部分覆盖的吸收体是否被用于配合。在低$m_a$（$m_a\lesssim10^{-13}$ eV）下，与Reynolds等人（2020）的模型B相比，我们发现不同磁场模型对$g_{a γ}$（通过$0.1-0.3$ dex）的限制略弱。设计用于模拟$\sim50$ kpc尺度相干结构的高斯随机场（GRF）模型也仅导致稍微弱的限制。我们的结论是，现有的模型B的限制是强大的假设$β_{\rm pl}\approx100$，是不敏感的细胞为基础的方法或GRF使用。然而，天体物理学的…
2022-02-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Spin Precession Experiments for Light Axionic Dark Matter
类轴子粒子是构成宇宙暗物质的有希望的候选者，但设计能够在其整个允许质量范围内检测它们的实验是具有挑战性的。一般来说，暗物质，特别是轴子状粒子和隐藏的光子，可以像$10^{-22} \;\rm{eV}$（$\sim 10^{-8} \;\rm{Hz}$）一样轻，天体物理异常为最轻的质量（"模糊暗物质"）提供了动力。我们提出的实验技术直接检测轴子样暗物质的质量范围从大约$10^{-13} \;\rm{eV}$（$\sim 10^2 \;\rm{Hz}$）到最低可能的质量。在这个范围内，这些类轴子粒子充当仅与自旋耦合的时间振荡磁场，引起诸如时间振荡扭矩和自旋进动频率的周期性变化等效应，其频率和方向由基础物理学设定。我们展示了如何使用现有的实验技术，包括扭转仪，原子磁力计和原子干涉测量这些信号可以测量。这些实验展示了强大的发现能力，这些实验的未来迭代能够推动几个数量级超过当前的天体物理学界限。
2018-04-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Astrophysical limits on very light axion-like particles from Chandra grating spectroscopy of NGC 1275
轴子/类轴子粒子（ALP）是标准模型的一个很好的扩展，在弦论中是通用的。星系团中团内介质（ICM）的X射线透明度是光ALP（质量为$<10^{-11}\,{\rm eV}$）的有力探测器;当来自嵌入源或背景源的X射线光子通过磁化ICM传播时，它们可能经历能量依赖的量子力学转换为ALP（反之亦然），在X射线光谱上留下扭曲的印记。我们目前的钱德拉数据的活动星系核NGC 1275在英仙座星系团的中心。采用490 ks高能透射光栅（HETG）曝光，我们获得了高质量的1- 9 keV光谱无光子堆积和ICM污染。除了铁谱带的特征，光谱是由一个幂律连续描述，在$<3\%$水平的任何光谱失真。我们计算光子的生存概率作为ALP质量$m_a$和ALP光子耦合常数$g_{aγ}$的ICM磁场模型系综的函数，然后使用NGC 1275光谱约束的$(m_a, g_{aγ})$ -平面。相对于磁场实现，99.7%可信区域将ALP-光子耦合限制为质量为$m_a<1\times 10^{-12}\,{\rm eV}$的$g_{aγ}<6-8\times 10^{-13}\, {\rm GeV}^{-1}$（取决于磁场模型）。这是迄今为止对这些光ALP的$g_{aγ}$最严格的限制，并且已经达到了下一代日光镜和光照射穿透墙壁实验的灵敏度限制。我们强调了这些研究与下一代X射线天文台雅典娜和山猫的潜力，但注意到这些未来的…
2020-12-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Polarization Measurements as a Probe of Axion-Photon Coupling: a Study of GRB 221009A
本文首次利用GRB 221009A的偏振测量并完整计算Stokes参数，对轴子-光子耦合给出约束，在特定质量区间与现有互补探针相当。
2025-06-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Minimum star-forming halo mass in axion cosmology
阐明暗物质的粒子物理本质是现代科学的重大挑战之一。目前在实验室中缺乏任何直接的DM探测，这就增加了对天体物理约束的需求，将搜索范围扩展到DM模型，超越了流行的弱相互作用大质量粒子（WIMP）场景。在这里，我们应用经典的Rees-Ostriker-Silk冷却标准的星系形成模型与超轻轴子DM，也被称为模糊暗物质（FDM）。由此产生的约束条件提供了一个启发式的框架，为即将到来的观察，我们的近似分析激励未来的FDM结构形成的自洽模拟的需要。我们使用观测约束DM主机的超暗矮（UFD）星系的本地组，连同红移约束的发生从最近的EDGES 21厘米宇宙学测量的原始恒星形成，来说明这种方法。我们发现，现有的限制是直接调和与标准$Λ$ CDM，但不利于FDM轴子质量低于$\sim 10^{-21}\,{\rm eV}/c^2$。利用DM粒子物理的天体物理探测器的未来潜力是引人注目的。
2018-09-05 astro-ph.CO
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
Pseudoscalar-photon Interactions, Axions, Non-Minimal Extensions, and Their Empirical Constraints from Observations
在研究等效原理之间的关系时，提出了赝标量-光子相互作用。提出了用赝标轴子与胶子的相互作用来解决强CP问题。随后提出的轴子作为暗物质的候选者一直是研究的焦点。来自超弦理论的动机增加了它的重要性。在简要介绍和历史回顾之后，我们介绍了（i）我们利用高精细度Fabry-Perot谐振腔探测赝标光子相互作用的光学实验-- Q & A实验--的现状，（ii）来自宇宙极化旋转的天体物理和宇宙学观测的赝标光子相互作用的约束，（iii）引力非最小相互作用的理论模型，电磁场和赝标量（轴子）场，以及它们与宇宙学的相关性。
2011-09-03 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
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
Shedding Infrared Light on QCD Axion and ALP Dark Matter with JWST
本研究利用JWST的NIRSpec IFU光谱观测，对0.47至2.55 eV质量范围的QCD轴子和ALP暗物质的光子耦合施加了最强限制，并探测了新质量范围，为未来发现暗物质提供了可能。
2025-03-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Probing the axion-photon coupling: phenomenological and experimental perspectives. A snowmass white paper
我们提出了一个简短的概述正在进行的搜索轴子粒子通过其耦合到光子。经典的QCD轴子和最近提出的类轴子粒子被认为是。轴子-光子耦合的天体物理学界限来自对氦燃烧过程中恒星能量损失的考虑，无论是低质量还是高质量恒星。太阳观测仪在实验室强磁场中寻找太阳轴子向x射线光子的反向转换。最后，Haloscopes的目标是探测我们星系晕中的暗物质轴子。这两种类型的搜索都期待在未来取得重大进展，这将使他们能够探测恒星冷却边界以下的参数空间的大的，动机良好的部分。
2013-09-26 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Axion mediated photon to dark photon mixing
考虑了暗/镜像扇区与普通扇区之间的相互作用，这两个扇区通过共享同一个QCD轴子场而相互作用。这一特性使得普通和暗电磁场中的普通和暗/镜像光子之间的混合成为可能。给出了描述在普通和暗外磁场中场演化的运动方程的微扰解，导出了跃迁几率率和斯托克斯参数等便于使用的物理量。可能的天体物理学和宇宙学的应用，这个模型的建议。
2018-01-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on axion-like particles from gamma-ray astronomy with H.E.S.S
赝标量粒子，如轴子类粒子一般耦合到两个光子，从而产生在外部磁场中与光子振荡的可能性。如果与光子的耦合足够强，这些振荡可能会在天体物理源的电磁波谱中产生可测量的印记。一个可能的特征是在光谱的有限能量范围内存在不规则性。在这项研究中，异常的不规则性是在银河系外TeV的明亮的发射体PKS 2155-304的光谱中寻找的，由H.E.S.S.来限制光自旋为0的粒子与光子的耦合。
2013-05-16 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Axion-like particles: possible hints and constraints from the high-energy Universe
高能宇宙可能是寻找新的轻玻色子如轴子粒子（ALP）的伟大实验室。宇宙源确实是涉及强磁场和/或非常长的基线的暴力现象的场景，其中光子与ALP的混合效应可能导致可观察到的效应。有两个例子是这一事实的原型，即宇宙对伽马射线的不透明性和高能源能谱中的天体物理磁湍流的印记。在第一种情况下，可以提出ALP存在的提示，而第二种则用于限制ALP质量和与光子的耦合。
2013-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Experimental probes of axions
轴子或类轴子粒子的实验研究依赖于假设的轴子与两个光子的耦合所产生的半经典现象。利用熟悉的相干电磁实验室技术，包括使用微波和光学腔的跃迁共振增强、布拉格散射和相干光子-轴子振荡，可以制造出耦合常数极小的灵敏探针。轴子束可能是天体物理学的起源，如暗物质轴子搜索和太阳轴子搜索的情况下，或在实验室中从激光与磁场的相互作用中产生。这篇笔记是最近实验结果的一个样本。
2010-09-27 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ex
Neutrino and Axion Astronomy with Dark Matter Experiments
敏感的暗物质（DM）实验可以很好地利用超出其指定的目标，允许探索广泛的物理主题。正如我们所讨论的，未来的大型直接DM探测实验构成了令人印象深刻的望远镜，作为传统中微子探测器的补充。这为中微子天文学打开了一扇新的窗户，包括诸如超大质量黑洞的起源和超新星预测等问题。此外，DM实验可以作为多信使天文学的有效工具。这是很好地说明了从瞬态天体物理源（如轴子星爆炸）的相对论性轴子的探索，提供新的签名，以及可能的见解的轴子潜力。
2021-11-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
New generation low-energy probes for ultralight axion and scalar dark matter
我们提出了一个简要的概述，新一代的高精度实验室和天体物理测量，以寻找超轻（亚电子伏）轴子，轴子类赝标量和标量暗物质，形成一个相干凝聚或拓扑缺陷（孤子）。在这些新的探测方法中，所寻求的效应在暗物质和普通物质之间的相互作用常数中是线性的，这与传统的暗物质搜索形成鲜明对比，在传统的搜索中，所寻求的效应在潜在的相互作用常数（非常小）中是二次或更高阶的。
2015-06-28 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Aspects of Axions and ALPs Phenomenology
本文概述轴子与类轴子粒子（ALPs）现象学的最新进展，重点讨论轴子参数空间中值得实验搜寻的有动机区域的定义，为相关实验探索提供方向参考。
2022-05-13 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Axion Instability Supernovae
如果新粒子足够重且耦合强度足够强，那么与标准模型耦合的新粒子可以在恒星核心中达到平衡。在这项工作中，我们调查的天体物理后果，这样的情况下，大质量恒星的状态方程纳入最先进的恒星结构代码的新贡献。我们专注于“宇宙学三角形”，一个区域的参数空间与$300{\rm\,keV} \lesssim m_a \lesssim 2$兆电子伏，$g_{aγγ}\sim 10^{-5}$ GeV $^{-1}$，目前没有排除其他考虑的轴子。我们发现，对于轴子质量$m_a \sim m_e $，核心中的轴子生产驱动一种新的恒星不稳定性，导致爆炸性核燃烧，要么驱动一系列质量脱落脉动，要么完全破坏恒星，导致一种新型的光学瞬态-\textit{Axion Instability Supernova}。我们预测，在这些理论中，上黑洞质量间隙将位于$37{\rm M}_\odot \le M\le 107{\rm M}_\odot$，从标准预测，这是一个大的位移，这是不利的LIGO/处女座/KAGRA GWTC-2引力波目录中的质量间隙的检测开始于$46_{-6}^{+17}{\rm M}_\odot$。此外，轴子不稳定性超新星比对不稳定性超新星更常见，使它们成为JWST的绝佳候选目标。在这项工作中提出的方法可以用来调查的天体物理后果的任何理论的新的物理，包含重玻色子粒子的任意自旋。我们提供工具来促进这些研究。
2022-05-25 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
