Gravitational waves from axion wave production
本文提出轴子/类轴子粒子通过 Chern-Simons 引力耦合在暴胀后发生参数共振，从而直接高效产生随机引力波，并指出其可在宽参数范围内被多种探测器观测。
2024-04-07 astro-ph.CO 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
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
Chiral Gravitational Wave Background from Audible Axion via Nieh-Yan Term
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学学院）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文学与空间科学学院）；Van Swinderen Institute for Particle Physics and Gravity, University of Groningen（格罗宁根大学范斯温德恩粒子物理与引力研究所）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific (ICTP-AP), University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学国际理论物理中心亚太地区）；Taiji Laboratory for Gravitational Wave Universe (Beijing/Hangzhou), University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学太极引力波宇宙实验室（北京/杭州））；CAS Key Laboratory of Theoretical Physics, Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所理论物理重点实验室）
本文研究了通过Nieh-Yan项耦合产生引力波的轴子机制，计算了手性引力波背景的能量谱密度及轴子场的共动能量密度，并探讨了可检测的引力波信号参数空间。
2026-04-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The QCD Axion and Gravitational Waves in light of NANOGrav results
北美纳赫兹天文台的引力波（NANOGrav）合作最近报告了强有力的证据，随机过程影响12.5年的脉冲星定时残差数据集。我们表明，信号可以解释在一个随机的引力波的背景下发出的网络在早期宇宙的轴子弦。Peccei-Quinn对称性的自发破缺产生了轴子弦网络和模型中的暗物质粒子QCD轴子。我们探讨了一个非标准的宇宙学模型驱动的奇异标量场$ϕ$的影响下的自相互作用势的发展，轴子场开始振荡在修改后的宇宙学，并提供了观测到的暗物质。对于状态方程$w_ϕ< 1/3$，QCD轴子质量比标准宇宙学中预期的要小，而来自轴子弦的GW谱要大。我们评估的参数空间的模型是一致的NANOGrav- $12.5\,$年的检测，这可以解释在95%的限制内的QCD轴子场演化的尘埃类的情况下，以及在68%的限制内的宇宙学与$w_ϕ< 0$。
2021-03-24 astro-ph.CO hep-ph
Testing Axionic Dark Matter during Gravitational Reheating
本文探讨了在纯引力再加热期间，通过失配机制和引力子介导散射产生轴子暗物质，确定了满足观测丰度及BBN、CMB约束的参数空间，并指出了轴子与引力波实验在探测该空间时的互补性。
2024-04-23 astro-ph.CO hep-ph
Revealing the Primordial Irreducible Inflationary Gravitational-Wave Background with a Spinning Peccei-Quinn Axion
由于暴胀过程中产生的量子真空张量涨落，原初不可约引力波背景跨越了一个几乎尺度不变的频谱，但频率太低，无法被下一代引力波干涉仪检测到。我们展示了这个信号是如何增强的宇宙历史中的一个短暂的临时kination时代（小于10 e倍），可以出现在任何能量范围之间的GeV和膨胀规模$10^{16}$ GeV。我们认为，这样的kination时代是自然产生的旋转轴子之前，它被困在其潜力。通常假设轴子从其最初的冻结位置开始围绕其最小值振荡。然而，Peccei-Quinn场的早期动力学可以在轴子场中诱导出一个大的动能，在轴子获得质量之前或之后触发一个动能时代，导致原始引力波背景中的特征峰。这代表了轴子物理学的确凿特征，因为预计没有其他标量场动力学会触发早期宇宙中的这样一系列状态方程。我们推导出由此产生的引力波，并提出了导致这种信号的参数空间以及可探测性前景，特别是在LISA，爱因斯坦望远镜，宇宙探测器和大爆炸观测器。我们展示了两个模型独立的预测，并提出了两个具体的动机良好的UV完成QCD轴子暗物质，这种动态是内置的结果。
2021-08-23 astro-ph.CO hep-ph
Searching for axion-like particles under strong gravitational lenses
我们建立了强引力透镜系统作为类轴子粒子（ALP）的强大探针-暗物质的候选者。光子与ALP的微小相互作用引起双折射。多重图像的引力透镜偏振对象允许差分双折射测量，减轻系统学和天体物理学的依赖性。我们将这种新的方法应用于B1152+199类透镜系统，并约束ALP-光子耦合$\le 9.2\times 10^{-11}\, {\rm GeV}^{-1} \textrm{ to } 7.7\times 10^{-8}\, {\rm GeV}^{-1}$（$95\%$ C.L.）$3.6\times 10^{-21} \,{\rm eV}$和$4.6 \times 10^{-18} \,{\rm eV}$之间的ALP质量。更大的样本将改善约束。
2020-07-10 astro-ph.CO 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
B-modes from Post-inflationary Gravitational Waves Sourced by Axionic Instabilities at Cosmic Reionization
我们发现，轴子类粒子，只耦合到不可见的暗光子可以产生可见的B模式信号周围的再电离时代。轴子场在再电离前不久开始滚动，导致暗光子的快子不稳定性。这就产生了一个指数增长的暗光子量子源标量度规模式和引力波，留下一个印记的再电离重子。张量模式修改宇宙微波背景（CMB）的极化在再电离，产生可见的B模式签名的下一代CMB实验的参数范围，满足目前的实验约束。
2021-11-08 astro-ph.CO hep-ph
Gravitationally trapped axions on Earth
我们主张地球上存在一种全新的轴子产生机制，正如Fischer等人（2018）和Liang & Zhitnitsky（2018）最近提出的那样。我们特别关注在地球内产生轴子，速度很低，这样它们就会被困在引力场中。我们的计算是基于所谓的轴子夸克块金（AQN）的暗物质模型，这是最初发明来解释暗和可见宇宙物质密度的相似性。这发生在模型中，与轴子质量$m_\mathrm{a}$或初始失准角$θ_0$无关。当反物质AQN撞击地球时，与可见物质一起湮灭的AQN不可避免地会产生轴子。速度低于逃逸速度的轴子的发射率与整体发射相比非常微小，然而这些轴子将在地球45亿年的生命时间内积累，这大大提高了发现潜力。我们进行数值模拟与现实建模传入AQN的速度和质量分布，并探讨AQN如何相互作用，因为它们通过地球内部的旅行。我们用它来估计地球表面上的轴子通量，被困轴子的速度谱特征，典型的湮灭模式的AQN，和地球周围的轴子晕的密度分布。这些属性的知识是必要的，使使用CAST，ADMX，MADMAX，CULtASK，ORPHEUS，ARIADNE，CASPEr，ABRACADABRA，QUAX，DM Radio的可观测性的预测被困轴子。
2019-08-28 astro-ph.CO hep-ph
Enhancing Constraints on Ultralight Axion Dark Matter from Gravitational Capture
University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；The University of Tokyo（东京大学）
该研究利用太阳引力捕获超轻轴子产生的玻色增强效应，显著放大局部暗物质密度，并据此更新轴子-光子耦合的实验限制与未来预测。
2026-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Audible Axions
探测轴子和类轴子粒子（ALP）的传统方法通常依赖于与光子的耦合。但是，如果这种耦合非常弱，ALP将变得不可见，并有效地从标准模型中解耦。在这里，我们表明，这种不可见的轴子，这是可行的候选人暗物质，可以产生一个随机的引力波背景在早期宇宙。这个信号是在不可见的轴子耦合到暗规范玻色子的模型中产生的，当轴子开始振荡时，暗规范玻色子经历了快子不稳定性。顺便说一句，同样的机制也拓宽了轴子暗物质的可行参数空间。指数增长的规范玻色子模放大的量子涨落是手征引力波的源。对于轴子衰变常数$f \gtrsim 10^{17}$ GeV，该信号可以被脉冲星定时阵列或空间/地面引力波探测器探测到，从而为探测不可见的轴子模型提供了一个新的窗口。
2018-11-16 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational wave trispectrum in the axion-SU(2) model
本文研究了在暴胀过程中，由轴子旁观场和SU（2）规范场动力学产生的引力波的三谱。在非阿贝尔规范理论中，规范场具有四点自相互作用，从而产生树能级GW三谱。我们制定这种类型的GW三谱包括非动力学的贡献，并评估它在等边极限作为一个独特的信号，这个模型。我们发现GW三谱与标量功率谱立方的比值在可行参数空间中可以达到$\mathcal{O}(10^6)$，这可以在CMB观测中得到。
2022-01-05 astro-ph.CO hep-ph
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
Supercooled Audible Axions
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Goethe University（歌德大学）
本文提出通过延迟轴子振荡来扩大可测试参数空间，并在μHz或超高频范围内产生强引力波信号。
2025-12-04 astro-ph.CO hep-ph
High-Quality Axion Dark Matter at Gravitational Wave Interferometers
Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；Scuola Superiore Meridionale（南方高等学院）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（意大利国家核物理研究所）
本文探讨了通过引力波干涉仪探测高质量轴子暗物质的可能性，提出通过引力波背景信号特征识别轴子暗物质。
2026-04-27 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational waves detectable in laser interferometers from axion-SU(2) inflation
色自然暴胀（CNI）是一个以SU $(2)$规范场耦合的轴子作为暴胀子的暴胀模型。在CNI中，规范场具有非零的真空期望值（VEV），这将导致引力波（GW）的增强。由于GWs的过度产生，普朗克观测排除了原始CNI。在这篇文章中，我们考虑了一个暴胀模型，其中规范场在CMB模离开视界后获得非零的VEV。此外，我们添加到模型中的另一个领域，占主导地位的宇宙和驱动膨胀后，轴子开始振荡和规范场VEV消失。通过数值模拟，我们找到了一个参数空间，增强的GWs不违反CMB约束，可以检测到未来的GWs观测，如BBO和ET。
2022-08-02 astro-ph.CO 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
Gravitational Waves from Domain Wall Collapse, and Application to Nanohertz Signals with QCD-coupled Axions
该研究首次纳入晶格模拟偏置分析畴壁坍缩末期的引力波，解释了纳赫兹随机引力波信号或源于QCD耦合轴子畴壁，并探讨了轴子探测与原初黑洞相关前景。
2023-10-04 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Wave and CMB Probes of Axion Kination
本文研究轴子场旋转导致的物质主导与动能主导时代对原初引力波谱的影响，发现谱呈三角形峰，并结合CMB与BBN约束探讨未来引力波观测对轴子暗物质和重子不对称产生机制的探测前景。
2024-11-19 astro-ph.CO hep-ph
Stochastic Gravitational-Wave Background from Axion-Monodromy Oscillons in String Theory During Preheating
轴子单值性是弦紧化中的一种普遍现象。研究了轴子单值暴胀在预热过程中引力波背景的产生。通过使用伪谱方法进行晶格模拟，我们发现在轴子单值暴胀和尖点势中，渐近线性$|ϕ|$和$ϕ^{2/3}$势在预热过程中产生了显著的单峰随机引力波背景.这可能使我们能够通过引力波探索弦的紧化。
2019-09-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational waves from type II axion-like curvaton model and its implication for NANOGrav result
NANOGrav最近的报告引起了人们的关注，因为它的信号可以用$f\sim 10^{-8}$ Hz的$Ω_{\rm GW}\sim 10^{-9}$的随机引力波（GW）来解释。PBH形成情景是NANOGrav信号的候选者之一，它可以同时解释在LIGO-Virgo合作的二元合并事件中观察到的$30 M_\odot$黑洞。我们专注于第二类轴子曲率模型的PBH形成。在第二类模型中，复场的相位部分是轴子，从势的原点滚下。研究发现，II型模型实现了宽功率谱的密度扰动，可以同时解释LIGO-Virgo事件和NANOGrav信号。我们还改进了我们的模型中的扰动的非高斯性的处理，以准确地估计所引起的GWs的幅度。
2021-05-18 astro-ph.CO hep-ph
Bose Einstein condensation of the classical axion field in cosmology?
轴子是一种有动机的冷暗物质候选者，将其与弱相互作用的大质量粒子区分开来会很有趣。Sikivie提出，如果轴子形成玻色-爱因斯坦凝聚体，那么它们在非线性星系演化过程中的行为可能会有所不同，并认为在辐射主导的时代，“引力热化”将它们推向玻色-爱因斯坦凝聚体。利用线性结构形成过程中的经典运动方程，我们探讨了轴子的引力相互作用是否会产生熵。在牛顿常数的线性阶，我们解释说，引力的主要活动是扩大宇宙和增长密度波动。为了量化熵产生的速率，我们使用各向异性应力来估计轴子的短耗散尺度，这并不证实先前对其引力热化速率的估计。
2013-12-04 astro-ph.CO 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
Heavier $W$ boson, dark matter and gravitational waves from strings in an $SO(10)$ axion model
受CDF合作组最近确定的$W$ -玻色子质量的启发，我们重新审视了一个$SO(10)$轴子模型，在该模型中，一个具有零超荷的标量$SU(2)_L$三重态场通过与标准模型Higgs二重态混合而获得非零VEV。三重VEV对$W$质量有相当大的贡献，这有助于显著降低标准模型预测值与$m_W$的较高CDF值之间的$7σ$差异。我们表明，相对轻的三重态质量（$\sim (1-50)$ TeV）是兼容的规范耦合统一和可观察到的质子衰变。一个完整的$Z_2$规范对称性，再加上两个费米$10$ -plets的存在需要解决轴子域壁问题，意味着轴子和一个稳定的中间质量（$\sim 10^9-10^{10}$ GeV）费米子都是可能的暗物质候选者。我们还展示了由该模型预测的中尺度拓扑稳定宇宙弦的引力波谱。
2022-09-07 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational wave background from non-Abelian reheating after axion-like inflation
赝标暴胀子$φ$与非阿贝尔扇区的拓扑电荷密度$F\tilde{F}$耦合，可以衰变为规范玻色子（$φ\to g g $），它可以迅速热化。$φ$感受到的摩擦力随后被非阿贝尔的"强sphaleron"增加，导致能够有效地加热介质的自放大过程。我们确定了一个下限的引力波生产率从这样一个过程中，起源于流体动力学波动和粒子碰撞，在最小数量的参数。只有中等比例的能量密度被转换为引力波，这表明非阿贝尔模型可能避免在某些阿贝尔情况下观察到的过度生产。
2022-05-13 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology of the companion-axion model: dark matter, gravitational waves, and primordial black holes
该研究提出伴生轴子模型，引入第二个QCD轴子解决强CP问题与畴壁问题，分析其暗物质产生机制、质量窗口与丰度，并预言了特定频率引力波背景和恒星级原初黑洞等宇宙学特征。
2021-10-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
High Quality QCD Axion at Gravitational Wave Observatories
强CP问题的轴子解对Peccei-Quinn破缺贡献非常敏感，而Peccei-Quinn破缺贡献与QCD瞬子不一致。重QCD轴子模型之所以吸引人，是因为它们避免了所谓的“质量问题”。我们表明，通用的实现这个框架可以探测的LIGO-Virgo-KAGRA干涉仪，通过随机引力波（GW）信号源的长寿命的轴子弦域壁网络，以及即将到来的测量中子和质子电偶极子矩。此外，我们提供的预测搜索在未来的GW天文台，这将进一步探索重QCD轴子模型的参数空间。
2022-04-14 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Resonant instability of axionic dark matter clumps
轴子是暗物质粒子的热门候选者。轴子暗物质可以形成玻色-爱因斯坦凝聚体，并且可以被引力束缚以形成轴子团块。在频率为$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
Nonlinear resonant oscillation of gravitational potential induced by ultralight axion in $f(R)$ gravity
在$f(R)$引力场中研究了质量约为$10^{-22}$ eV的超轻轴子暗物质，这可能解决暗能量问题.特别是，我们专注于一个事实，即在时间振荡的轴子场的压力产生振荡的引力势。我们证明了引力势的振荡对引力模型是敏感的。值得注意的是，我们发现，通过引力波探测器的振荡的可探测性可以显着增强由于超轻轴子和标量之间的非线性共振。
2017-07-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Primordial Black Hole and Gravitational Wave by Peaked Cosmic Perturbations from Axion Curvaton
The University of Chicago（芝加哥大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Nankai University（南开大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文证明轴子场通过暴胀动力学产生中间波数尖峰扰动，经曲率场机制生成引力波与原初黑洞，其谱呈三角形，可解释全部暗物质，并提供多信使检验。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Imprints of ultralight axions on the gravitational wave and pulsar timing measurement
该研究针对超轻类轴子这一暗物质候选者，分析其黑洞超辐射云耗散对中子星-黑洞双星引力波形的影响，对比相关效应并探讨现有与未来空间引力波探测的约束及可探测性。
2023-12-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gravitational wave background from vacuum and thermal fluctuations during axion-like inflation
我们重新审视的框架轴子类通货膨胀的可能性，即耦合的暴胀到一个非阿贝尔拓扑电荷密度可能会导致产生一个快速热化热浴。色散（质量）和吸收（摩擦）效应都包括在内。对于唯象可行的参数，系统仍然处于弱温膨胀状态（热摩擦$\ll$哈勃率）。对于张量扰动，我们导出了一个包含真空和热产生的插值公式。后者在LISA窗口中产生与模型无关的频率形状$\sim f_0^3$，其系数允许测量热时期的最大剪切粘度。然而，要找到系数大到足以观测的模型是一个挑战。
2022-12-13 astro-ph.CO 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
Axion cosmology with long-lived domain walls
我们研究了畴壁数大于1的轴子模型的宇宙学约束。在这些模型中，形成了多个附着在弦上的畴壁，并且它们存活了很长时间。它们的湮灭是由于普朗克尺度物理可能提出的显式对称性破缺项的影响。我们进行三维晶格模拟和计算的轴子和引力波产生的长寿域壁的频谱。利用数值结果，我们估计了轴子和引力波的残余密度。我们发现，长寿命畴壁的存在导致了冷暗物质轴子的过剩产生，而引力波的密度太小，目前无法观测到。结合其他观测约束的结果，我们发现，整个参数区域的模型被排除，除非存在不可接受的微调。
2013-02-25 astro-ph.CO hep-ph
Audible Axion Magnetogenesis: Linking Intergalactic Magnetic Fields and Gravitational Waves
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Goethe University（歌德大学）
本文研究了轴子通过陷阱失配机制产生引力波和星系间磁场的关联，探讨了轴子与标准模型光子耦合在宇宙早期产生的超冷却效应及由此引发的引力波信号和磁场生成。
2026-05-20 astro-ph.CO astro-ph.HE 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
Primordial Gravitational Waves from Scalar Backreaction in Axion-SU(2) Inflation
University of Groningen（格罗宁根大学）
本文研究了轴子-SU(2)膨胀中强标量反作用对原初引力波谱的影响，并探讨了其在LISA灵敏度范围内的可能峰值。
2026-01-14 astro-ph.CO hep-ph
Constraining axion inflation with gravitational waves across 29 decades in frequency
本文证明轴子暴胀后规范场预热产生的引力波显著影响有效相对论自由度数目，并利用现有 Planck 限制对暴胀子轴耦合给出最强约束，同时揭示引力波产生效率与张标比的相关性。
2020-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Waves from an Axion-Dark Photon System: A Lattice Study
在这项工作中，我们对早期宇宙中的轴子-暗光子系统进行了晶格研究，并表明该系统产生的随机引力波（GW）背景可以通过未来的GW实验在很大的频率范围内进行探测。晶格上的数值模拟使我们能够考虑到非线性反作用的影响，使我们能够准确地预测最终的遗迹丰富的轴子或类轴子粒子（ALP）以及它的不均匀性，并给出了一个更精确的预测GW频谱。重要的是，我们发现，GW频谱有更多的权力在高动量由于$2\rightarrow1$过程。此外，我们发现GW光谱的峰值的偏振度取决于ALP-暗光子耦合，并且偏振可以被冲洗或甚至翻转为大的值。在最近的结果在文献中，我们发现ALP遗迹丰度可能被抑制了两个数量级，并讨论了可能的扩展模型，扩大可行的参数空间。最后，我们讨论了探测超轻ALP暗物质通过CMB的光谱失真的可能性。
2021-01-05 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational waves from axions annihilation through quantum field theory
本文用散射方法将轴子湮灭为引力子视为三体衰变，计算Kerr黑洞周围轴子云产生的引力波辐射功率，并给出含自旋效应的解析近似，可交叉检验传统数值结果。
2023-11-02 hep-ph
Fermion production during and after axion inflation
我们研究了在轴子驱动的暴胀，特别是$m_ϕ^2ϕ^2$和monodromy通货膨胀，并计算粒子生产过程中的通货膨胀时期和后通货膨胀的轴子振荡的衍生耦合费米子。在暴胀期间，滚动的轴子充当螺旋性的有效化学势，使一个费米子螺旋性的引力产生偏向于另一个。这种机制允许有效的引力产生重费米子状态，否则将被高度抑制。在暴胀之后，由于费米子场的有效频率发生非线性变化，轴子振荡并产生具有两种螺旋度的费米子。对于费米子质量和轴子-费米子耦合强度的某些值，两个螺旋度状态是不对称产生的，导致左螺旋度费米子和右螺旋度费米子的数量密度不相等。
2016-12-23 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational Lensing Signatures of Axion Dark Matter Minihalos in Highly Magnified Stars
轴子是冷暗物质（CDM）的一个可行的候选者，如果在膨胀后发生Peccei-Quinn相变，冷暗物质通常会从白噪声等曲率密度波动中形成亚行星质量的迷你晕。尽管轴子微晕的密度比由膨胀产生的绝热波动形成的较大晕更大，但其表面密度远小于引力透镜产生多重图像或高放大率所需的临界值，因此实际上无法单独检测到透镜。但在临界曲线附近叠加其它透镜的透镜效应会增强。我们提出了一种方法来检测它们通过光度监测最近发现的焦散凌星背后的集群透镜，在极端的放大系数$μ\gtrsim 10^3$-$10^4$作为透镜恒星交叉微透镜焦散引起的集群内的明星。对于质量的第一个引力坍缩的迷你晕的范围$\sim 10^{-15}$-$10^{-8}\,h^{-1}\,M_\odot$，我们表明，轴子迷你晕在星系团应集体产生微妙的表面密度波动幅度$\sim 10^{-4}$-$10^{-3}$上的投影长度尺度的$\sim 10$-$10^4\,$ AU，这印记在微焦透镜光变曲线的不规则性过境恒星。我们估计，在星系团晕内和宇宙的年龄范围内，这些小晕中的大多数可能会避免与恒星或其他小晕相遇的动态破坏。
2019-12-27 astro-ph.CO 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
Gravitational Waves from First-Order Phase Transition in a Simple Axion-Like Particle Model
本文考虑规范单重态复标量场$Φ$，它具有整体$U(1)$对称性，在某些高能标度$f_a$上自发破缺。结果，$Φ$场的角部分成为类轴子粒子（ALP）。我们表明，如果$Φ$ -场有一个非零耦合$κ$的标准模型希格斯玻色子，存在一定的区域中的$\left(f_a, κ\right)$参数空间的全球$U(1)$的破缺诱导强烈的一阶相变，从而产生随机引力波，是潜在的可观察到的当前和未来的引力波探测器。特别是，我们发现未来的引力波实验，如天琴，BBO和宇宙探测器可以探测广泛的能量尺度$10^3 \, {\rm GeV} \lesssim f_a \lesssim 10^{8} \, {\rm GeV}$，独立于ALP质量。由于所有ALP与标准模型粒子的耦合都与能量标度$f_a$的倒数幂成正比（直到依赖于模型的${\cal O}(1)$系数），引力波探测的前景在很大程度上是对目前实验室、天体物理学和宇宙学对ALP情景的探测的补充。
2019-10-23 astro-ph.CO 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
Topological Defects and nano-Hz Gravitational Waves in Aligned Axion Models
研究了具有多个Peccei-Quinn标量的对齐轴子模型中拓扑缺陷的形成和演化，其中QCD轴子是由衰变常数远小于传统Peccei-Quinn破缺标度的轴子组合实现的.当U（1）对称性自发破缺时，轴子场空间中的排列结构表现为实空间中复杂的弦壁网络。我们发现如果Peccei-Quinn标量的个数大于2，弦壁网络很可能会存在到QCD相变。弦壁系统在QCD相变过程中发生坍缩，产生了大量的纳赫兹量级的引力波。脉冲星定时观测将脉冲星的典型衰变常数限制在O（100）TeV以下，在未来的SKA观测中，这一限制将提高2倍。
2016-06-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dark Radiation in Spectator Axion-Gauge Models
在轴子-规范场模型的框架下，暴胀时期的原初引力波扰动不仅可以由引力子的量子涨落产生，也可以由与轴子场耦合的隐规范场的动力学产生。我们研究了在暴胀过程中和暴胀后的轴子和SU（2）规范群的规范场的演化以及它们的能量密度。我们表明，在规范场来源于附加引力波的情况下，由轴子衰变产生的隐藏规范玻色子的额外辐射分量是相当大的。我们指出，未来对暗辐射能量的测量，如CMB-S4，可以对这种宇宙学场景施加重要的限制。
2022-03-11 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational waves from the fragmentation of axion-like particle dark matter
这种错位机制使得轻标量玻色子（如类轴子粒子（ALP））能够有效地（通常是非常冷的）产生，使它们成为一种有吸引力的暗物质候选者。然而，在某些情况下，例如在单值性的存在下，ALP的自相互作用可以足够强，使得均匀场在振荡开始后不久就破碎。由此产生的大的不均匀性可以导致引力波（GW）的产生。我们调查的非线性动力学的碎片，以及随后的湍流政权，并计算随机GW背景，从这个过程中产生的。如果时间演化的特点是由于在潜在的底部小质量的超相对论动力学的扩展的中间阶段，GW的背景可以增强。然而，这种增强受到暗物质保持足够冷的要求的限制。在某些情况下，由此产生的GW可能在未来GW探测器的范围内，允许对这种类型的暗物质进行补充探测。
2020-09-10 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
A New Constraint for the Coupling of Axion-like particles to Matter via Ultra-Cold Neutron Gravitational Experiments
我们提出了一个新的约束的轴子偶极子偶极耦合在1微米到几毫米的范围内，以前无法用于实验研究。该约束是利用我们最近对地球引力场中子量子态的观测结果得到的。我们利用超冷中子（UCN）在最低的重力状态以上的材料表面的UCN和物质之间的任何额外的相互作用的最终敏感性，如果特征的相互作用范围内提到的域。特别地，我们发现，对于在~1 meV的“有希望”的轴子质量区域中的轴子质量，轴子偶极-偶极耦合常数的上限是（g_p g_s）/（\hbar c）<2 x 10^{-15}。
2006-10-30 hep-ph
Constraining Postinflationary Axions with Pulsar Timing Arrays
本研究利用脉冲星计时阵列的最新NANOGrav数据，通过轴子弦产生的随机引力波背景约束暴胀后类轴子粒子的参数，给出了轻、重两类ALP对应的参数空间限制结果。
2023-12-20 astro-ph.CO hep-ph
Effective gravitational interactions of dark matter axions
本文在广义相对论框架下研究了相干振荡轴子的引力自相互作用的结构。基于宇宙学扰动的有效场论方法，首先给出了Friedmann-Robertson-Walker背景下大质量标量场的一般作用量。利用得到的装置，我们评估了有效的引力相互作用的质量标量场，即标量四次相互作用介导的度规扰动。将结果应用于暗物质轴子系统，我们估计了它们的自相互作用率，并讨论了它对轴子玻色-爱因斯坦凝聚体暗物质的影响。轴子引力相互作用的主要贡献是由动力学引力场介导的过程给出的，动力学引力场本质上是由背景流体的涨落引起的牛顿势。我们发现，它导致了相同的数量级的相互作用率的暗物质轴子在凝聚制度，与以前的研究结果相比，使用牛顿近似。
2014-03-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
