Effects of the Intergalactic Plasma on Supernova Dimming via Photon-Axion Oscillations
我们最近提出了一种光子-轴子振荡的机制,作为一种在没有宇宙加速的情况下使超新星变暗的方法。随后,有人认为星系际等离子体可能会干扰这种机制,使振荡能量依赖。在这里,我们表明,这种能量依赖性是非常敏感的精确值的自由电子密度在宇宙中。将电子密度仅降低4倍就足以使能量依赖性在实验范围内。星系际介质的模型显示,当红移z<1时,大约97%的空间总体积充满了密度明显低于平均密度的区域。从这些模型中,我们估计,大部分空间中的平均电子密度至少比基于一半的重子均匀分布和电离的估计低15倍。因此,光子-轴子振荡的能量依赖性与实验一致,振荡模型仍然是解释超新星观测的加速宇宙的可行替代方案。此外,电子密度确实产生了足够大的等离子体频率,这切断了微波频率以上的光子-轴子混合,屏蔽了宇宙微波光子的轴子转换,并显着放宽了振荡模型所暗示的轴子质量的下限。
2001-12-17 astro-ph gr-qc hep-ph
Exorcising w < -1
我们发现,由宇宙学常数和银河系外磁场中光子向轴子的转换引起的Ia型超新星的联合变暗可以用状态方程w <-1来模拟暗能量。一个不知道光子-轴子转换存在的观察者会把这种额外的变暗解释为宇宙加速比单独由宇宙学常数引起的更快。我们发现,这种机制可以模拟的状态方程为负的w \simeq - 1.5。我们的模型没有任何幽灵、幻影之类的东西。它与弯曲空间中传统的有效场论完全一致,并且遵守了所有现有的关于轴子的观测约束。
2004-10-13 astro-ph gr-qc hep-ph
Dimming of Supernovae by Photon-Pseudoscalar Conversion and the Intergalactic Plasma
最近,Csaki、Kaloper和Terning(hep-ph/0111311)提出,观测到的遥远Ia型超新星的变暗可能是光子与非常轻的轴子混合的结果。我们指出,等离子体的影响,其中的光子传播,必须考虑在内。这种效应改变了振荡概率,并使调光频率依赖性,与观察相反。人们可能希望通过在许多不同的相干域上平均振荡来容纳数据。我们估计相干损失的影响,无论是由于磁场或星系际等离子体的不均匀性。这些估计表明,消色差问题只能用星系际介质的非常特殊的,可能是不现实的性质来解决。
2001-12-07 astro-ph 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
Photon-axion conversion in intergalactic magnetic fields and cosmological consequences
星系际磁场引起的光子-轴子转换导致远距离源的明显变暗,特别是宇宙标准烛光,如Ia型超新星(SNe Ia)。本文综述了这一机制对Ia超新星光度-红移关系、类星体光谱色散和宇宙微波背景光谱的影响。最初的想法是在没有宇宙加速的情况下解释遥远的Ia超新星的明显变暗,这一想法受到了这些论点的强烈限制。然而,从Ia超新星光度-红移关系中提取的宇宙状态方程仍然对这种机制敏感。例如,它可以模仿幻影能量。
2006-07-18 astro-ph hep-ph
Super-GZK Photons from Photon-Axion Mixing
我们发现,如果光子与银河系外磁场中的轻轴子混合,那么能量高于GZK截止值的光子可以从非常遥远的来源到达我们。使之成为可能的效应是光子转换成轴子,轴子的耦合足够弱,可以不受阻碍地传播很长的距离。这些轴子然后在地球附近转换回高能光子。我们发现,光子-轴子混合有利于超GZK光子的生存,最有效的光子-轴子耦合尺度为10^11 GeV,这与光子-轴子混合解释没有宇宙加速的超新星变暗的尺度相同。我们讨论了这种效应可能的观察后果。
2003-05-15 astro-ph gr-qc hep-ph
Electromagnetic Polarization Effects due to Axion Photon Mixing
我们研究了轴子对电磁波在天文距离上传播时极化的影响。我们分析了电磁波由于与轴子混合而引起的色散的变化。我们发现,这导致了偏振的转变,并成为一个广泛的频率范围内的主导效应。我们分析了这种效应或光子衰变为轴子是否可以解释在类星体和射电星系的偏振中观察到的大尺度各向异性。我们还评论的可能性,轴子光子混合可以解释遥远的超新星变暗。
2002-06-25 astro-ph hep-ph
GPS and the Search for Axions
全球定位系统是大地测量学的一个极好的工具,也可以为粒子物理学服务。在地球磁场存在的情况下,GPS光子可以转变为轴子。拟议的实验装置涉及从一颗卫星向另一颗卫星传输GPS信号,这两颗卫星都位于地球低轨道。为了提高实验的准确性,我们评估了地球的引力场对整个量子现象的影响。我们的建议有一个很大的优势。当地磁场B较低时,磁化长度L非常大,导致尺度(BL)比现有或拟议的范围高出^2个数量级。GPS光子转化为轴子粒子将导致光子变暗,甚至出现“光穿过地球”的现象。
2017-05-04 gr-qc hep-ex hep-ph
Observing the shadow of Einstein-Maxwell-Dilaton-Axion black hole
本文研究了Einstein-Maxwell-Dilaton-Axion黑洞和裸奇点投射的阴影。旋转黑洞的阴影被发现是一个被变形圆覆盖的暗区。对于固定的自旋值$a$,阴影的大小随旋转参数$b$的增加而减小。阴影的畸变随$b$单调增加,当黑洞接近极值时达到最大。由于光学性质,黑洞阴影的面积应该等于高能吸收截面。基于这一假设,能量发射率进行了研究。对于裸奇点,阴影有一个暗弧和一个黑点或直线,并得到相应的可观测量。这些结果表明,自旋$a$和自旋参数$b$对这些阴影有显著影响。而且,我们考察了银河系中心超大质量黑洞投下阴影的可观测量,这对我们在不久的将来通过天文观测来探讨黑洞的性质是非常有用的。
2013-12-02 gr-qc hep-ph hep-th
Axion-Like Particles, Cosmic Magnetic Fields and Gamma-Ray Astrophysics
类轴子粒子(Axion-Like Particles,ALP)是由标准模型的许多扩展所预言的,它在磁场中传播的光束中产生特征性的变暗和偏振效应。在这封信中,我们证明,光子ALP混合在宇宙磁场产生一个可观察到的扭曲的能量谱的遥远的伽马射线源(如活动星系核)的ALP参数范围内允许的所有可用的限制。由此产生的效应预计将出现在100 MeV - 100 GeV的能带中,因此它可以与即将到来的GLAST任务一起研究。
2007-12-14 astro-ph hep-ph
Observing Axion Emission from Supernova with Collider Detectors
我们考虑在未来观察附近超新星(SN)的轴子发射的可能性,这可以通过SN前警报系统提前知道,通过对撞机探测器,如LHC探测器(即,ATLAS和CMS)和ILC检测器(即,ILD和SiD)。在探测器内的强磁场作用下,来自SN的轴子可以被转换为光子,并被电磁量能器探测到。我们估计的信号和背景事件的数量,由于附近的SN和信号的数量可能是相当大的。如果在SN时停止射束并且将检测器操作切换到用于SN轴子搜索的操作,则可以观察到来自附近SN的轴子发射。
2022-04-25 hep-ph
Renormalization group analysis of superradiant growth of self-interacting axion cloud
由于可以从黑洞周围的轴子凝聚体(轴子云)中观测到引力波,因此人们对考虑快速旋转黑洞周围的超轻标量场(尤其是轴子)有着浓厚的兴趣。基于这一考虑,我们提出了一种新的方法来研究快速旋转黑洞周围具有自相互作用的超轻标量场的动力学行为,即利用动力学重整化群方法.我们发现,对于相对论云,饱和的超辐射不稳定性的散射的轴子由于自相互作用不会发生在弱非线性制度时,我们考虑的绝热增长的云从一个单一的超辐射模式。这可能表明,对于相对论性的轴子云来说,一种被称为博森诺瓦的爆炸现象可能不可避免地发生,至少在其进化史上发生过一次。
2021-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Signatures of axion-like particles in the spectra of TeV gamma-ray sources
在PVLAS实验中观察到的无法解释的签名的一种解释调用了一种新的具有双光子顶点的类轴子粒子(ALP),允许在存在磁场的情况下进行光子ALP振荡。在PVLAS建议的质量和耦合范围内,同样的效应会导致高能光子源的特殊变暗。对于星系中湍流磁场的典型参数,效应在E_gamma >~ 10 TeV时开始,在TeV伽马源的光谱中提供ALP签名,可以用切伦科夫望远镜探测。如果正在进行的光子再生实验证实了PVLAS粒子的解释,一个专门的搜索将是强烈的动机。
2007-07-13 astro-ph hep-ph
Cosmic acceleration vs axion-photon mixing
轴子-光子混合被认为是超新星变暗的另一种解释。我们指出,由于这种混合,光子的损失将导致光度d_L(z)和角直径距离d_A(z)之间的强烈不对称,因为后者不受混合的影响。在第一次搜索这样的不对称性,我们引入一个无量纲的混合振幅λ,使λ =0,如果没有光子丢失和λ = 1,如果轴子光子混合发生。SNIa和射电星系数据的最佳拟合值为λ =-0.3 ^{+0.6}_{-0.4}(95%CL),对应于非物理的负混合长度。同样的论点限制了超新星的光线由于尘埃而衰减。我们表明,未来的d_L和d_A数据从SNAP和星系调查,如DEEP 2和KAOS将检测或排除混合在5西格玛以上,几乎独立的暗能量动力学。最后讨论了伽马射线暴(GRB)GRB 021206的近极大极化的限制。由于混合减少了远距离源的偏振,未来的高红移伽玛暴观测可能会提供轴子光子混合和相关场景的正交约束。
2004-02-12 astro-ph gr-qc hep-ph
Relevance of axion-like particles for very-high-energy astrophysics
标准模型的许多扩展预言了ALP的存在,ALP是一种具有双光子耦合的非常轻的自旋零玻色子。光子-ALP振荡发生在外部磁场的存在下,并且ALP可以导致对天体物理源的测量光子谱的可观察的影响。当用切伦科夫望远镜H.E.S.S.观测耀变体时,MAGIC、CANGAROO III和VERITAS。星系在宇宙演化过程中产生的河外背景光(EBL)引起了VHE波段的光源变暗。在大尺度磁场中,光子-ALP振荡可以显著减弱这种变暗,由此产生的耀变体光谱变得比预期的更硬。我们发现,对于轻于5 x 10^{-10} eV的ALP,光子的存活概率大于传统物理学在几百GeV以上预测的。这是一个明确的预测,可以用计划中的切伦科夫望远镜阵列和HAWC进行测试。此外,我们提供了一个新的解释的VHE耀变体检测到目前为止,根据该观测光谱指数的值的大的传播主要是由于在源距离的广泛传播,而不是其内部的物理性质的大的变化。
2013-05-22 astro-ph.HE hep-ph
Searching for axions with time resolved pulsar polarimetry
Durham University(杜伦大学)
通过时间分辨脉冲星偏振观测,研究轴子-光子耦合强度限制,展示时间分辨脉冲星双折射在轴子搜索中的潜力。
2026-05-09 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
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
String Axiverse
弦论认为,许多超轻的轴子可能同时存在,每十年的质量可能达到哈勃尺度10^-33 eV。相反地,存在如此丰富的轴子(一种“轴向体”)将是弦论的证据,因为它是由于额外维流形的拓扑复杂性而产生的,在一个只有我们熟悉的四维的理论中是特别的。我们研究了即将到来的天体物理实验将如何在10^-33 eV到10^-10 eV的巨大质量范围内探索这种轴子的存在。质量在10^-33 eV到10^-28 eV之间的轴子会导致CMB偏振的旋转,这种旋转在整个天空中是恒定的。预测的旋转角为α~1/137量级。质量范围在10^-28 eV到10^-18 eV的轴子会在物质功率谱中产生多个阶跃,这将在即将到来的星系巡天中被探测到。质量范围在10^-22 eV到10^-10 eV的轴子通过彭罗斯超辐射过程影响快速旋转天体物理黑洞的动力学和引力波发射。当轴子康普顿波长是黑洞大小的量级时,轴子在黑洞“核”周围形成“超辐射”原子束缚态。它们的占据数通过从能层提取旋转能量而呈指数增长,最终在旋转的玻色-爱因斯坦轴子凝聚体中发射引力波。这种机制在快速旋转的黑洞的光谱中产生了质量间隙,从而诊断出轴子的存在。X射线双星LMC X-1中快速旋转的黑洞意味着QCD轴子衰变常数的上限f_a<2* 10^17 GeV,远低于普朗克质量。通过观测更小的恒星质量的黑洞,这个范围可以被改进到大统一尺度f_a<2* 10^16 GeV。
2009-10-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Indirect detection of the QCD axion
本研究针对QCD轴子这一暗物质候选者,提出利用绿岸望远镜(GBT)观测仙女座核心射电暂现源的新方法,探索其与中子星及轴子小团簇的相互作用,虽未发现信号但为后续研究提供了策略与约束。
2024-12-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Transplanckian Censorship and Global Cosmic Strings
在许多膨胀的轴子模型中,需要大的场偏移。这些模型也拥有全局宇宙弦,轴子围绕着它遵循着一条反映暴胀轨迹的路径。因此,宇宙弦是研究transplanck场漂移的一个有趣的理论实验室。我们描述了各种有效场论模型的轴子monodromy之间的联系,并研究了经典时空周围的超临界宇宙弦。对于小的衰减常数$f<M_p$和大的绕组数$n>M_p/f$,EFT是在控制之下,弦芯经历拓扑膨胀,这可能是指数或幂律类型。我们表明,外部时空是非奇异的,相当于一个解压缩的雪茄几何,与半径滚动产生的潜在的轴子通量。信号能够在有限但指数级长的时间内环绕无限直弦,$t\sim e^{Δa/M_p}$。对于渐近平坦空间中的超临界弦的有限圈,我们证明了如果拓扑暴胀发生,那么拓扑审查意味着transplanck审查,或者外部观察者被禁止穿过圈并观察到轴子的全部偏移.
2017-05-21 gr-qc hep-ph hep-th
Exploring Axions through the Photon Ring of a Spherically Symmetric Black Hole
本研究探讨黑洞M87*周围磁场中光子-轴子转化导致光子环强度降低的现象,提出通过高分辨率望远镜观测光球以限制轴子参数,并分析电荷与额外维度对光度的影响。
2024-08-27 gr-qc hep-ph hep-th
Ultra High Energy Cosmic Rays from Axion Stars
我们提出了一个模型,其中超高能宇宙射线产生的中子星和轴子星之间的碰撞。这种宇宙射线的加速是由电场$\sim 10^{15} (B/10^{12} {G}) {eV} {cm}^{-1}$引起的,而电场是由中子星的强磁场$B>10^{12}$ G在轴子星中产生的。正如我们之前所展示的,当磁场小得多时,类似的碰撞会产生伽马射线暴,例如$\sim 10^{10}$ G。如果我们假设轴子的质量是$\sim 10^{-9}$ eV,我们就可以解释伽马射线暴$\sim 10^{54}$ erg的巨大能量以及宇宙射线$\sim 10^{20}$ eV的超高能量。此外,事实证明,这些轴子星是MACHO的合理候选者。我们指出了观测轴子星发出的单色辐射的可能性。
2000-03-09 hep-ph
Constraining the photon-axion coupling constant with magnetic white dwarfs
被称为轴子的轻赝标粒子,从QCD中强CP问题的Peccei-Quinn解决方案中得到,仍然难以捉摸。推断其存在的一个途径是通过其与电磁辐射的耦合。到目前为止,实验室实验致力于检测质量范围$10^{-6} < m_a < 10^{-3}$ eV的轴子与光子-轴子耦合强度$g_{aγγ} < 10^{-10}GeV^{-1}$,其中的限制来自天体物理学的考虑。在这项研究中,我们提出了一种新的方式来约束$g_{aγγ}$的线性偏振水平的磁白矮星(mWD)出现的辐射。我们发现WD磁层中的光子-轴子振荡可以增强线极化度。观察到,大多数mWD显示只有5%的线性极化,我们推导出上限$g_{aγγ}$不同的轴子质量。
2011-09-14 astro-ph.HE hep-ph
Uncovering an Axion Mechanism with the EDM Portfolio
有效场论的论点表明,如果BSM部门包含耦合到QCD CP违反的新的来源,这些来源将重新正规化的$θ$长期和挫败紫外线解决方案的强CP问题。同时,它们将在强子、核、原子和分子系统中产生独特的低能电偶极矩模式。因此,观察到这样的图案提供了证据,强CP是通过红外弛豫机制解决的。我们说明了重整化的$θ$和收集的EDMs产生的几个模型的BSM物理,确认有效场论的期望,并表明,在计划的实验中的电偶极矩的比率的测量可以提供有价值的输入的解决方案的强CP问题。
2021-07-08 hep-ex hep-ph
Chiral Magnetic Effect and Anomalous Hall Effect in Antiferromagnetic Insulators with Spin-Orbit Coupling
我们研究了具有自旋轨道耦合的三维关联系统中的动态磁电现象。我们重点研究了反铁磁绝缘相,其中动力学轴子场是由反铁磁序参量的涨落实现的。结果表明,由于反铁磁共振等序参量的时间依赖性,出现了动态手征磁效应,即由磁场产生的交变电流。研究还表明,反常的霍尔效应是由于反铁磁畴壁等序参量的空间变化引起的。我们的研究表明,自旋-轨道耦合的反铁磁绝缘体中的自旋激发可以导致非平凡的电荷响应。此外,在我们的系统中观察到手征磁效应和反常霍尔效应相当于探测到凝聚态中的动力学轴子场。
2016-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
BICEP2 / Keck Array IX: New Bounds on Anisotropies of CMB Polarization Rotation and Implications for Axion-Like Particles and Primordial Magnetic Fields
我们提出了迄今为止最强的约束条件的各向异性的宇宙微波背景(CMB)极化旋转来自150 GHz的数据所采取的BICEP 2/凯克阵列CMB实验,并包括2014年观测季节(BK 14)。BK 14图中偏振角的定义经过了自校准,其中调整整体角度以使观察到的TB和EB功率谱最小化。在此过程之后,QU图失去了对均匀偏振旋转的敏感性,但仍然对偏振旋转的各向异性敏感。这种分析的地方的偏振旋转的各向异性,这可能是产生的CMB光子与类轴赝标场或法拉第旋转诱导的原始磁场相互作用。BK 14地图($\sim 3μ$ K-arcmin)的灵敏度使得有可能重建偏振旋转角的各向异性,并比以前的尝试更精确地测量它们的角功率谱。我们的数据被发现是一致的,没有偏振旋转各向异性,提高旋转角谱的振幅的上限约一个数量级相比,以前的最佳约束。我们的研究结果导致一个数量级更好的约束的耦合常数的陈-西蒙斯电磁项$g_{aγ}\leq 7.2\times 10^{-2}/H_I$(95%置信度)比来自B-模式的频谱,其中$H_I$是膨胀哈勃尺度的约束。该约束导致在$r=0.01$的质量范围为$10^{-33}< m_a< 10^{-28}$ eV时对$10^{-6}\lesssim f_a/M_{\rm pl}$的衰减常数的限制,假设$g_{aγ}\simα/(2πf_a)$用$α$表示精细结构常数。根据极化旋转各向异性,原始磁…
2019-06-20 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Observational consistency and future predictions for a 3.5 keV ALP to photon line
出于解释3.5千电子伏线通过暗物质衰变到轴子状粒子,随后转换为光子的可能性,我们研究ALP光子转换的视线内通过银河系中心的50 PC。转换取决于银河系中心的磁场,这是非常不确定的。对于低或中等观测估计值(10- 100 $μ$ G)的磁场,不可能观测到信号。对于高范围的观测估计(一个普遍的极向mG场超过中央150 pc)的字段,它是可能的,以产生足够的信号来解释最近的观测3.5千电子伏线在银河系中心。在这种情况下,银河系中心线信号主要来自$z > 20$ pc区域,与钱德拉和XMM-牛顿X射线望远镜的结果一致。从暗物质到ALP再到光子的方案也自然地预言了在堆叠星系光谱中没有观测到3.5 keV线。我们进一步探讨预测的线通量在星系中,并建议一组星系,在这个模型中观察3.5千电子伏线优化。
2014-10-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph