X-ray emission spectrum for axion-photon conversion in magnetospheres of strongly magnetized neutron stars
该研究针对强磁化中子星磁层的轴子-光子转换问题，结合修正TOV方程、三种物态方程与NSCool代码计算轴子发射及转换光子通量，通过与RXJ 1856.5-3754的观测数据比对，给出了轴子质量的约束范围。
2024-06-20 astro-ph.HE 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
Polarization Signals from Axion-Photon Resonant Conversion in Neutron Star Magnetosphere
本研究指出中子星磁层中等离子体的共振转换效应可显著增强轴子-光子转换产生的线极化，结合特定天体的极化测量数据，证明其能在宽轴子质量范围对轴子-光子耦合提供强约束。
2025-02-11 hep-ph
Axion superradiance in rotating neutron stars
众所周知，对于大质量玻色子场，紧致引力物体存在束缚态构型。本文描述了中子星磁层中一类新的轴子束缚态超辐射不稳定性。这种不稳定性是由中子星的磁场中轴子模和光子模的混合引起的，它们从旋转的磁层中提取能量。与黑洞不同的是，超辐射所需的耗散提供了一个非厄米动力学在本文中来自恒星磁层中的电阻率所产生的有限的体积电导率。轴子场与光子模式混合，光子模式超辐射地散射离开磁层，提取旋转能量，然后将其沉积回轴子扇区，导致不稳定性。我们利用量子力学微扰理论推导了轴子-光子系统的超辐射本征频率，并与原子选择定则进行了类比。然后，我们比较的特征时间尺度的不稳定性的自旋下降的测量限制允许的角动量提取率从中子星的中子星。
2019-10-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Searching for axion dark matter conversion spectral lines in neutron star magnetospheres with FAST
Tibet University（西藏大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院射电天文与技术重点实验室）
利用FAST观测两颗X射线暗孤立中子星，未发现显著轴子转换谱线，但给出了轴子-光子耦合常数的新上限，是目前该质量区间最严格的约束。
2026-06-17 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
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
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
An Axion Pulsarscope
本研究提出脉冲星电磁场可产生相干超轻轴子信号，以蟹状星云脉冲星为例建模，估算了多个未来轴子探测实验的灵敏度，指出该方向值得开展专门模拟研究。
2025-03-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Resonant conversion of axion dark radiation into terahertz electromagnetic radiation in a neutron star magnetosphere
本研究发现中子星磁层中轴子-光子转化存在质量匹配共振和Euler-Heisenberg辅助共振两种模式，重点研究后者介导的相对论轴子暗辐射转化，计算不同参数下的电磁辐射，指出产生可探测信号的可能性极低。
2024-08-15 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
Searching for Axion Dark Matter Near Relaxing Magnetars
本研究构建与磁星观测一致的电荷电流分布，重新评估轴子暗物质在磁星磁层中的共振信号，发现两种主要模型预测差异显著，并提出了区分磁星等离子体加载机制的观测特征。
2025-05-26 astro-ph.HE hep-ph
QCD Axion Conversion in Magnetospheres of Neutron Stars
Oriental Institute of Science and Technology（东方科学技术研究所）
本研究基于FPS EoS和TOV方程，在15 meV轴子质量与10^17 G中心磁场下分析磁化中子星的轴子发射及转换光子能谱，发现强磁场显著影响冷却速率与光度。
2026-11-04 hep-ph
Constraining Axion-Like-Particles with Hard X-ray Emission from Magnetars
磁星核心产生的类轴子粒子（ALP）会在磁层中转化为光子，导致硬X射线波段的可能特征。我们进行了详细的计算ALP光子转换概率在磁层，重铸耦合微分方程，描述ALP光子传播成一种形式，是有效的大规模数值扫描。我们显示的ALP能量，质量，ALP-光子耦合，磁星半径，表面磁场，和之间的角度的磁场和传播方向的转换概率的依赖关系。一路上，我们开发了一个分析的形式主义，在更一般的$n$状态振荡系统进行类似的计算。假设ALP发射率从核心，只是次主导中微子发射，我们计算的ALP质量与ALP光子耦合空间的约束，以SGR 1806-20为例。特别是，我们采取基准值的磁星半径和核心温度，并约束ALP参数空间的要求，ALP-光子转换的光度不应超过总的观测光度的磁星。由此产生的约束条件是竞争力的ALP参数空间的相关部分从日光镜实验的约束。
2019-02-14 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
Axion Superradiance in Dipole Magnetic Fields of Pulsars
本文研究毫秒脉冲星磁层中等离子体不稳定性驱动的轴子超辐射，计算偶极磁场中轴子云增长速率的半解析公式，并利用脉冲星PSR J0952-0607的计时约束质量约$10^{-12}$ eV的轴子-光子耦合，指出除非发现新的高自旋脉冲星，否则难以获得有竞争力的轴子界限。
2025-06-05 astro-ph.HE hep-ph
May axion clusters be sources of fast radio bursts?
快速射电暴可以由一些与“新物理”有关的现象引起，其中最突出的候选者是轴子玻色星，它可以在中子星的磁层中或在其坍缩过程中转化为光子时产生暴。在这篇简短的研究报告中，概述了三个观测标准的重要性，即总能量、$\mathcal{O}$（ms）持续时间和光谱的非单色形状。结果表明，这是不可能的，以满足这些标准在简化模型的轴子-中子星相互作用的情况下，更复杂的模型，涉及反反应和非线性效应的深入调查，需要在这种情况下，以解释FRB。
2020-05-05 astro-ph.HE hep-ph
Radio Signal of Axion-Photon Conversion in Neutron Stars: A Ray Tracing Analysis
在中子星的磁层中，轴子暗物质可以共振转化为光子。它最近已被证明，无线电观测附近的NS，因此可以提供一个高灵敏度的探针的轴子参数空间。在这里，我们扩展现有的计算进行的第一个三维计算的光子通量，考虑到各向同性的相空间分布的轴子和NS磁层的结构。特别是，我们研究了通量的整体大小及其可能的时间变化。我们发现，整体信号强度是强大的，我们更现实的分析。此外，我们发现，相对于NS旋转的信号的方差被冲洗掉的额外的轨迹在我们的治疗。然而，我们表明，SKA观测对J0806.4-4123是敏感的$g_{aγγ}\sim 3\times10^{-13}\mathrm{\,GeV^{-1}}$在$m_a\sim 7\times10^{-6}\mathrm{\,eV}$，即使考虑多普勒展宽。最后，我们提供了必要的代码来计算任何给定的NS系统的光子通量。
2020-06-02 hep-ph
Conversion of Emitted Axionic Dark Matter to Photons for Non-Rotating Magnetized Neutron Stars
本文研究强磁场下非旋转磁化中子星中修正TOV方程对轴子、中微子及光子光度的影响，采用APR和FPS状态方程与NSCool代码计算PBF发射率，并分析轴子转化为光子的过程，发现强磁场显著改变轴子能谱和转化光子通量。
2024-02-20 astro-ph.HE hep-ph
The QCD Axion at Finite Density
我们展示了在有限重子密度的系统中，如中子星，QCD轴子的性质如何变化。在核饱和密度，其中校正可以可靠地计算，我们发现一个温和的减少的轴子质量和一个数量级的增强模型无关的轴子耦合到中子。在较高的密度，如果实现，介子（K介子）凝聚可以触发轴子凝聚。我们还研究了在渐近大密度下的轴子势，其中QCD的色超导相可能导致轴子凝聚，并且由于抑制瞬子，轴子的质量一般比真空中小几个数量级。几个现象学的后果被来源于中子星的轴子进行了讨论，如它的贡献，他们的总质量，存在的轴子膜，或轴子光子转换的磁层。
2021-07-15 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Towards Robust Constraints on Axion Dark Matter using PSR J1745-2900
我们采用新的，最近开发的等离子体射线跟踪技术来模拟由轴子暗物质在中子星磁层中产生的无线电光子的传播，并将其与银河系中心磁星PSR J1745-2900的档案和新数据相结合。观测者的发射方向和磁取向不受此对象的约束，导致参数不确定性。我们的分析表明，射线跟踪大大降低了信号的灵敏度，这种不确定性，相反，在某些方向上没有发射在以前的计算。基于Goldreich-Julian模型的磁层和Navarro-Frank-White模型的轴子密度在银河系中心，我们得到最强大的限制轴子光子耦合，到目前为止。这些与质量范围为$\sim 4.2-60\,μ{\rm eV}$的CAST太阳轴子实验的结果相当。如果暗物质密度更大，正如“尖峰”模型所预测的那样，极限可能会更强。银河系中心区域的暗物质密度现在是这些计算中最大的不确定性。
2021-07-02 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Time-Dependent Axion Dark Matter Signals in Pulsars
本研究利用MeerKAT望远镜的MeerTIME项目数据，首次对脉冲星磁层中轴子暗物质转化光子的周期性时域信号进行搜寻，未发现候选信号，并在特定质量范围内对轴子-光子耦合设定了新上限。
2023-11-28 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Detecting solar axions using Earth's magnetic field
我们表明，太阳轴子转换为光子在地球的磁层可以产生的x射线通量，平均能量\sim 4千电子伏，这是可测量的黑暗面的地球。地球磁场的小被一个大的磁化体积所补偿。对于质量小于10^{-4} eV的轴子，一个有效面积为10^4 cm ^2的低地球轨道X射线探测器指向太阳核心，可以在一年内探测到10^{-11} GeV^{-1}的光子-轴子耦合。因此，这种新方法的灵敏度将超过目前实验室限制的数量级。
2005-10-20 astro-ph hep-ex hep-ph
Criticality and dominance of axion physics in highly magnetized vacuum
在恒定均匀的磁场背景下，由类轴子场引起的量子真空涨落可以支配与电子-正电子场有关的涨落。在轴子电动力学的框架下，确定了轴子-双光子耦合中电磁场的自能算符，其精度达到二阶。这一结果是用来建立修改的光子的传播特性和静态点状电荷的库仑电位。值得注意的是，在中子星的磁层中，量子电动力学中已知的与伽马量子有关的磁场捕获光子的效应在轴子电动力学中被扩展到包括X射线光子，结果是来自表面的热辐射的特殊偏振部分沿着磁场被引导。此外，当场强大于临界尺度时，修正库仑势在垂直于磁场方向上，在远小于轴子康普顿波长的距离上是Yukawa型的，而沿磁场方向，在任何长度尺度上都近似遵循库仑定律.我们发现，在无限大的磁场的长期存在的问题-克服QED -的一个氢原子的基态能量是无界从下面，是恢复。然而，在轴子电动力学中，这种无界性被切断了，因为在这个理论中可处理的最大磁场受到相关散射矩阵的么正性的限制。
2018-07-12 hep-ph
Gamma-ray emission from strongly magnetized pulsars
在一个强磁场中，B > 4 × 10 ^{12} G，几乎沿着弯曲的场线发射的伽马射线会衰变成束缚的电子-正电子对（正电子素原子），而不是衰变成自由对。这一过程可能会改变强磁化晶体的极隙。与自由对不同，这种束缚对不会屏蔽极隙中沿磁场的电场分量。因此，相对论粒子和辐射从极隙带到脉冲星磁层的总功率，与忽略束缚对的传统极隙模型相比，可能会显着增加（高达几十倍），并且可能是自旋下降功率的很大一部分。我们证明，修改后的极性间隙的总功率可能足以解释所观察到的所有已知的强磁化，伽玛射线天体的非热光度。
2011-09-26 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
A new calculation of semi-exclusive axion-like particle production at the LHC
我们提出了一种新的计算轴子样粒子（ALP）生产的半排他性光子引发（PI）通道，即无论是与完整的传出质子或快度差距存在于最终状态，并与碰撞LHC质子之间没有颜色流。这是第一个完整的治疗这个过程中，占质子解离的可能性和生存因子的概率没有额外的质子-质子相互作用，包括其运动学和过程的依赖性。我们提出了预期的事件收益率的情况下，一个或两个质子被要求注册在前向质子探测器安装在与ATLAS和CMS。我们发现，这个过程可以是敏感的ALP质量和ALP光子耦合，特别是在中间质量区域目前未探测的区域。我们的计算在公开可用的SuperChic 4 Monte Carlo（MC）生成器中提供，并且可以传递到通用MC以进行最终状态的淋浴和强子化。
2023-02-22 hep-ex hep-ph
