Simulations of Shapiro, Gravitational, and Doppler time delays in pulsar networks for ultralight dark matter
Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（宇宙物理与数学研究所（WPI），多伦多大学天文系，东京大学）
本文通过模拟脉冲星网络，研究超轻暗物质的Shapiro、引力和多普勒时间延迟，以探测其密度场扰动特性。
2025-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Methodology for constraining ultralight vector bosons with gravitational wave searches targeting merger remnant black holes
本文提出一种统计稳健框架，在并合遗迹黑洞引力波搜寻未发现超轻矢量玻色子信号时约束其存在，并评估动力学混合与隐希格斯机制对约束能力的影响，表明下一代探测器可探测尚缺约束的参数空间。
2025-03-10 gr-qc hep-ph
On the detectability of ultralight scalar field dark matter with gravitational-wave detectors
超轻标量场是暗物质的候选者之一。如果它与标准模型粒子耦合，它会使引力波探测器中的镜子振荡，并产生可探测的信号。我们研究了由于地球自转引起的探测器运动/探测器绕太阳的轨道运动的信号谱，并制定了一个合适的数据分析方法来检测它。我们发现，我们的方法可以改善现有的第五力实验对标量场的耦合常数之一的$\sim 30$的约束，$\sim 100$和$\sim 350$分别用于$m_ϕ= 2 \times 10^{-17}~\mathrm{eV},~10^{-14}~\mathrm{eV}$和$10^{-12}~\mathrm{eV}$，其中$m_ϕ$是标量场的质量。我们的研究表明，引力波探测器的实验起着补充作用，等效性原则的测试。
2018-11-09 gr-qc hep-ph
Gravitational echoes of lepton number symmetry breaking with light and ultralight Majorons
本文构建了包含逆跷跷板机制和6维算符的低能标Majoron模型，能同时产生轻和超轻Majorons及中微子质量，并通过早期宇宙相变产生可被LISA等设施探测的原初引力波。
2023-05-19 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
Finite-duration non-slow-roll effects in inflationary production of ultralight vector dark matter
Zhejiang Normal University（浙江师范大学）；Khazar University（哈扎尔大学）；Balochistan University of Information Technology, Engineering and Management Sciences (BUITEMS)（俾路支信息技术、工程和管理科学大学）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Kimyo International University in Tashkent（塔什干金约国际大学）；National University of Uzbekistan（乌兹别克斯坦国立大学）；University of Tashkent for Applied Sciences（塔什干应用科学大学）
该研究针对极轻矢量暗物质暴胀产生的非慢滚效应，用平滑轮廓替代瞬时质量跃迁推导纵向模式动量响应核，发现有限时长处理可关联微观暴胀动力学与暗物质丰度及低频引力波信号。
2026-09-04 hep-ph
Detecting ultralight axion dark matter wind with laser interferometers
质量在$10^{-22}$ eV左右的超轻轴子被认为是暗物质的候选者。超轻轴子的一个特殊特征是随时间振荡的压力，这会产生引力势的振荡。由于太阳系以大约$v \sim 300 \, \text{km} / \text{s} = 10^{-3}$的速度穿过暗物质晕，因此存在轴子风，对我们来说，它看起来像标量引力波。因此，有可能通过使用激光干涉仪探测器来探测具有宽质量范围的超轻轴子暗物质。我们计算了由超轻轴子场的振荡压力引起的探测器信号，这将被未来的激光干涉仪实验所探测到。我们还认为，探测器的信号可以增强由于共振的修正引力理论解释的暗能量。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Sensitivity of Space-based Gravitational-Wave Interferometers to Ultralight Bosonic Fields and Dark Matter
本研究针对超轻玻色场这一暗物质候选体，利用时延干涉测量技术分析LISA、Taiji、TianQin等规划中天基引力波干涉仪的探测灵敏度，推导传递函数并给出其对超轻玻色场与标准模型粒子耦合的约束能力。
2023-07-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultralight dark matter: constraints from gravitational waves and other astrophysical observations
紧双星系统的轨道周期损失是引力波存在的第一个间接证据，它与爱因斯坦广义相对论有很好的一致性。然而，从一般相对论预测中测量轨道周期损失的不确定性小于1%。行星近日点进动、引力光弯曲和夏皮罗延迟是对广义相对论的另外三个成功检验。虽然从一般相对论的预测中，这些观测的测量也存在不确定性。为了解决这些不确定性，我们假设辐射的超轻轴子和轻规范玻色子粒子的$L_i-L_j$类型的这些系统，可以是一个可能的候选人模糊暗物质。在这篇文章中，我们从这些天体物理观测中获得了新的物理参数的界。
2021-10-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultralight boson constraints from gravitational wave observations of spinning binary black holes
The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）
通过引力波观测二进制黑洞自旋测量，约束超轻标量和矢量玻色子的质量范围，排除部分参数并映射到轴子和暗光子模型。
2026-01-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing Quadratically Coupled Ultralight Dark Matter with the Laser Interferometer Space Antenna
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, Institut de Physique Théorique（巴黎萨克雷大学）；Abdus Salam Centre for Theoretical Physics, Imperial College（阿卜杜斯·萨拉姆理论物理中心，帝国理工学院）
研究用LISA探测与标准模型二次耦合的超轻暗物质，因耦合二次性质信号出现在两个频率，分析表明LISA在特定质量范围能超现有探测限制，且无屏蔽效应，提升探测灵敏度。
2026-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Search for ultralight dark matter with spectroscopy of radio-frequency atomic transitions
通过对比石英振荡器与铷、镝原子跃迁频率，搜寻标量与赝标量超轻玻色子暗物质，对特定质量范围内的暗物质与标准模型场的线性和二次相互作用给出了超越以往直接搜索及天体物理观测的约束。
2022-12-08 hep-ph physics.atom-ph
Improved bounds on ultralight scalar dark matter in the radio-frequency range
我们提出了一个搜索范围$20$ ~kHz- $100$ MHz的基本常数振荡，这可能会出现在超轻暗物质（UDM）的模型。使用两个独立的，显着升级的光学光谱仪器，我们实现了高达$\times$ 1000更高的灵敏度在搜索相对于以前的工作。我们报告没有观察到UDM，从而限制各自的耦合到电子和光子在调查UDM粒子质量范围$8\cdot 10^{-11}-4\cdot 10^{-7}$ eV。的约束显着超过以前设定的界限，并作为我们所示，可能会超过在未来的实验中提供的等效原理实验在一个特定的情况下，关于UDM耦合探测后者的组合。
2022-01-13 astro-ph.CO hep-ph physics.atom-ph
Gravitational Wave Duet by Resonating Binary Black Holes within Ultralight Dark Matter
本文研究双黑洞与超轻玻色暗物质孤子的共振相互作用，指出其可在引力波波形中产生独特振荡，并有望被 LISA 等未来实验探测。
2025-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Exploring spin of ultralight dark matter with gravitational wave detectors
提出利用干涉式引力波探测器区分超轻暗物质自旋的新方法，通过有限时间传播效应和重叠约化函数识别自旋0、1、2，并发现现有自旋1耦合常数约束需减弱30倍。
2023-10-16 astro-ph.CO gr-qc 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
Angular correlation and deformed Hellings-Downs curve from spin-2 ultralight dark matter
School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（基础物理与数学科学学院，杭州高等研究院，中国科学院大学）；School of Physical Science and Technology, Ningbo University（宁波大学物理科学与技术学院）；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，理论物理国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；National Astronomy Observatories, Chinese Academy of Science（中国科学院国家天文台）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）
研究自旋-2超轻暗物质对纳赫兹引力波背景的角相关性影响，揭示其对Hellings-Downs曲线的变形机制。
2026-01-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Ultralight dark matter searches with KAGRA gravitational wave telescope
在众多的暗物质候选者中，质量小于1~eV的玻色子超光场是最有希望的。近年来，利用激光干涉仪在不同尺度上寻找超轻暗物质候选者的新方法不断涌现。其中包括我们的建议，寻找类轴子粒子（ALP）和矢量场与激光干涉引力波探测器。通过测量激光的振荡偏振旋转，可以搜索ALP。弱耦合到标准模型扇区的大量矢量场也可以通过测量作用在干涉仪的悬挂镜上的振荡力来搜索。本文综述了利用日本KAGRA的引力波探测器寻找超轻暗物质候选者的活动现状。目前正在分析KAGRA 2020年观测运行的数据，以搜索矢量暗物质，并在干涉仪的臂腔传输端口安装偏振光学器件，以在未来的观测运行中搜索ALP。
2021-10-31 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Prospective Sensitivities of Atom Interferometers to Gravitational Waves and Ultralight Dark Matter
我们调查了未来的灵敏度地面和星载原子干涉仪（AI）的宇宙和天体物理源产生的引力波（GW），超轻暗物质。讨论了地球探测器中的重力梯度噪声背景，以及星载探测器中的脉冲双星和小行星背景。我们将LIGO和LISA的灵敏度与AION陆地AI项目的100米和1公里阶段的灵敏度进行了比较，以及拟议中的AEDGE AI太空任务的两个选项，其中冷原子云位于航天器内部或外部，考虑到黑洞和中子星的合并，超新星，早期宇宙的相变，早期宇宙中的宇宙弦和量子波动可能产生了原始的黑洞。我们还回顾了AION和AEDGE探测超轻标量暗物质相干波的能力。
2021-12-28 astro-ph.HE gr-qc hep-ex
Probing Stochastic Ultralight Dark Matter with Space-based Gravitational-Wave Interferometers
本研究在频率主义框架内利用时间延迟干涉测量推导了天基引力波干涉仪对随机超轻暗物质（ULDM）的灵敏度，发现其能改进耦合强度限制，并指出信号不相关的探测器配置为ULDM探测的最优选择。
2024-10-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Ultralight Bosons with Compact Eccentric Binaries
自旋黑洞通过超辐射过程可以大量产生超轻玻色子，并形成类氢光谱的束缚态。我们表明，这样的“引力原子”通常具有巨大的质量四极杆，并导致显着的轨道进动时，它与第二个紧凑的对象形成一个偏心二进制。动力学形成的黑洞双星或脉冲星-黑洞双星在它们的早期吸气期间是典型的偏心的。我们发现，大的轨道岁差可以在它们的引力波或脉冲星定时信号中产生明显的和可观测的信号。
2021-07-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Bounds on Ultralight Dark Matter from NANOGrav
NANOGrav探测到的随机引力波背景对超大质量黑洞周围超轻暗物质孤子施加了限制，通过动力学摩擦抑制nHz频段特征应变，排除了特定质量范围的超轻暗物质粒子。
2024-06-01 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational lensing $H_0$ tension from ultralight axion galactic cores
引力透镜的时间延迟提供了一种测量哈勃参数$H_0$的途径，一些分析表明，早期类型的探测器$H_0$的张力。透镜测量必须减轻由于透镜星系的质量建模系统的不确定性。特别地，透镜密度分布中的芯分量将形成近似的局部质量片简并，并且可以在正确的方向上偏置$H_0$以解决透镜化张力。我们认为超轻暗物质是产生这种星系核的一种可能机制。我们表明，如果质量为$m\sim10^{-25}$ eV的超轻轴子占宇宙学暗物质总密度的10%，那么具有大致所需性质的核心就可以自然产生。这种数量级的遗迹丰度可能来自真空失调。对清晰的大质量星系（包括银河系）的恒星运动学测量可能会提供一种测试这种情况的方法。在大质量椭圆透镜星系中，为了检验核心假设而进行的动力学分析一般不应该采用完美的质量片极限，因为忽略实际物理核心的有限范围会导致显著的系统误差。
2021-05-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Detecting Ultralight Dark Matter Gravitationally with Laser Interferometers in Space
本研究提出仅通过引力作用，利用空间引力波激光干涉仪探测超轻暗物质，验证了μHz频段天基探测器可探测质量m≲10⁻¹⁸ eV的矢量超轻暗物质，填补了部分质量区间的探测空白。
2024-04-05 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Gravitational wave signatures of ultralight vector bosons from black hole superradiance
在超轻玻色子场的存在下，旋转的黑洞对超辐射是不稳定的。黑洞的旋转能量被转换成非轴对称的、振荡的玻色子云，它通过发射几乎单色的引力辐射而消散。因此，地面或空间探测器的引力波观测可以用来探测与标准模型弱耦合的暗粒子的存在。在这项工作中，我们专注于大量的矢量玻色子，通过超辐射增长得更快，并产生显着更强的引力波相比，标量的情况下。我们使用黑洞微扰理论的技术来计算不同玻色子质量和黑洞质量和自旋的参数空间的相对论正确的引力波信号。这填补了文献中平空间近似和时域计算之间的空白，平空间近似在非相对论极限下低估了引力波振幅，在相对论范围内高估了它，时域计算只覆盖了参数空间的有限部分。我们还确定泛音超辐射不稳定模式将增长速度比较低频率的基本模式的参数范围。这种情况下将产生一个独特的引力波信号，由于拍的同时填充模式，我们计算。
2020-01-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Systematic Uncertainties in Ultralight Boson Constraints from Superradiance
The Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文综述黑洞超辐射得到的极轻玻色子的电磁与引力波约束，强调其假设与系统不确定性，指出二者在 $10^{-13}$-$10^{-12}$ eV 质量区的重叠覆盖为模型验证提供互补视角。
2026-10-09 astro-ph.HE hep-ph
Methods and prospects for gravitational wave searches targeting ultralight vector boson clouds around known black holes
本文提出基于隐马尔可夫模型的长持续时间信号跟踪方法，用于探测旋转黑洞周围超轻矢量玻色子云产生的引力波，并证明当前探测器可探测质量≥60太阳质量、自旋≥0.6的黑洞矢量云，光度距离达1 Gpc。
2023-08-11 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Constraint on ultralight Nelson-Barr dark matter from time-dependent nuclear decay
本文研究Nelson-Barr框架中超轻标量暗物质引起的核衰变率周期性变化，并通过氚衰变率数据给出暗物质参数的新排除界限。
2025-08-18 hep-ph
Probing Spin-2 Ultralight Dark Matter with Space-based Gravitational Wave Detectors in the mHz Regime
Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院，中国科学院大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；Ningbo University（宁波大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
本文研究了利用空间引力波探测器探测自旋2超轻暗物质的可行性，通过分析不同干涉仪通道的灵敏度曲线，发现其在特定质量范围内可达到更高的耦合常数限制。
2026-01-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Ultralight Tensor Dark Matter with the Stochastic Gravitational-Wave Background from Advanced LIGO and Virgo's First Three Observing Runs
本文利用LIGO/Virgo前三次运行数据搜索超轻张量场产生的随机引力波背景，未发现信号，并在95%置信水平排除了质量在4.0×10^-14至2.0×10^-12 eV的张量玻色子。
2023-12-27 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Multiband gravitational-wave searches for ultralight bosons
引力波可能是由超轻玻色子产生的少数直接观测值之一，超轻玻色子是受约束的暗物质候选者，可能是粒子理论、高能物理学和宇宙学中几个问题的关键。这些类轴子粒子可以自发地在天体物理学黑洞周围形成“云”，导致连续引力波的强发射，可以被地面和太空中的仪器检测到。尽管已经对这种情况进行了彻底的研究，但尚未认识到这两种类型的检测器可以串联使用（称为“多带”的实践）。在本文中，我们表明，未来的引力波探测器在地面和空间将能够一起工作，以检测质量为$25 \lesssim μ/\left(10^{-15}\, \mathrm{eV}\right)\lesssim 500$的超轻玻色子。在探测双星黑洞吸入时，LISA空间任务将提供关键信息，使未来的地面探测器，如宇宙探测器或爱因斯坦望远镜，能够搜索观测到的双星中单个黑洞周围玻色子云的信号。我们制定了检测策略，并专注于标量玻色子，图表合适的参数空间。我们研究了对系统历史的无知的影响，包括云的年龄和黑洞旋转。我们还考虑了潮汐共振，可能会破坏玻色子云之前，其引力信号变得可检测的地面后续行动。最后，我们将展示如何考虑所有这些因素，以及LISA测量中的不确定性，以获得玻色子质量的限制，从地面观测LISA促进。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Simultaneous Resonant and Broadband Detection of Ultralight Dark Matter and High-Frequency Gravitational Waves via Cavities and Circuits
本文提出利用辅助模式网络和参量耦合实现腔体与电路的宽带探测，可在不调谐频率的情况下同时高灵敏度探测超轻暗物质和高频引力波，显著拓展参数空间探索深度。
2025-05-06 gr-qc hep-ex hep-ph
Ultralight axion and modern cosmology tensions
该研究提出弦理论启发的轴子模型，旨在统一解决哈勃张力、随机引力波背景起源及高红移超大质量黑洞过早形成等现代宇宙学难题。
2024-10-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraints on the ultralight scalar boson from Advanced LIGO and Advanced Virgo's first three observing runs using the stochastic gravitational-wave background
超轻玻色子是有希望的暗物质候选者，可以触发旋转黑洞（BH）的超辐射不稳定性，导致BH周围长时间旋转的“玻色子云”，并通过单色引力波（GW）的发射耗散它们的能量。我们专注于标量玻色子最低限度地耦合到孤立的恒星起源BH（SBH）和他们的二元合并残留物，并进行贝叶斯数据分析，以搜索随机GW背景的所有不稳定模式，可以触发超辐射不稳定性使用先进LIGO和先进处女座的前三次观测运行的数据。我们没有发现这样的信号的证据，因此排除了标量玻色子的质量范围内的$[1.5, 16]\times10^{-13}$ eV，$[1.9, 8.3]\times10^{-13}$ eV和$[1.3, 17]\times10^{-13}$ eV在$95\%$置信水平的孤立SBH具有均匀的无量纲自旋分布在$[0,1]$，$[0,0.5]$和$[0.5,1]$，分别。
2022-07-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Astrophysical searches of ultralight particles
粒子物理学的标准模型是一个$SU(3)_c\times SU(2)_L\times U(1)_Y$规范理论，可以解释粒子之间的强、弱和电磁相互作用。爱因斯坦的广义相对论是描述引力相互作用的经典引力理论。这些理论可以很精确地解释自然界的所有四种基本力。然而，除了粒子物理学的标准模型和爱因斯坦的广义相对论理论之外，还有几个理论和实验的动机来研究物理学。用超轻粒子探测这些新的物理场景有其自身的重要性，因为它们可以成为暗物质的有希望的候选者，可以逃避暗物质直接探测实验的限制，并解决宇宙的小尺度结构问题。在本文中，我们考虑了轴子和规范玻色子作为轻粒子和他们可能的搜索通过天体物理观测。特别是，我们得到的约束超轻轴子的轨道周期损失的紧凑的二元系统，引力光弯曲，夏皮罗时间延迟。我们还从引力波和行星近日点进动的间接证据中推导出超轻规范玻色子的约束条件。这种类型的观测也可以约束几个粒子物理模型，并进行了讨论。
2022-10-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Identifying Monochromatic Signals in LISA and Taiji via Spectral Split: Gravitational Waves versus Ultralight Dark Matter
University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院，中国科学院大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）；School of Astronomy and Space Science, UCAS（天文学与空间科学学院，中国科学院大学）
针对超轻暗物质与银河系致密双星引力波的单色信号区分难题，研究利用探测器日心运动引发的年度调制频谱分裂特征，提出可明确识别信号性质并高精度推断参数的方法，拓宽了LISA和太极等空间引力波探测器的科学目标。
2025-08-20 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Vortex Lines in Ultralight Bosonic Dark Matter around Rotating Supermassive Black Holes
本文研究旋转超大质量黑洞如何影响超轻玻色暗物质中涡旋线的稳定性与动力学，并分析暗物质和黑洞引力对涡旋线进动等物理性质的作用。
2025-02-03 astro-ph.GA hep-ph
Ultralight vector dark matter search with auxiliary length channels of gravitational wave detectors
近年来，通过测量引力波探测器臂腔振荡长度的变化来寻找超轻暗物质引起了人们的极大关注。虽然引力波探测器对于测量微分臂长变化非常灵敏，但是对暗物质的灵敏度在很大程度上衰减，因为暗物质的影响对于臂腔测试质量是最常见的。在这里，我们建议使用辅助长度通道，其测量功率和信号再循环腔长度以及差分迈克耳孙干涉仪长度的变化。利用辅助干涉仪比两臂腔更不对称的事实，可以提高对暗物质的灵敏度。我们表明，$U(1)_{B-L}$规范玻色子暗物质的质量低于$7\times 10^{-14}$ eV的灵敏度可以大大提高，当我们的方法应用于低温引力波探测器KAGRA，它采用蓝宝石测试质量和熔融石英辅助镜。我们表明，KAGRA可以探测超过一个数量级的未探索的参数空间周围的质量$1.5 \times 10^{-14}$ eV，没有任何修改现有的干涉仪。
2020-10-07 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
On the Interaction between Ultralight Bosons and Quantum-Corrected Black Holes
本文通过求解Teukolsky方程，研究超轻标量暗物质场在具有反射边界条件的奇异致密天体周围的超辐射不稳定性，发现反射系数在$M\mu\gtrsim 0.5$时显著影响引力波能量通量，表明其在近地平线物理中的重要性。
2023-01-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Pulsar kicks in ultralight dark matter background induced by neutrino oscillation
本文研究了超轻暗物质背景下中微子振荡对脉冲星踢的影响，发现超轻标量和矢量暗物质均可解释观测到的脉冲星速度，并预测了可探测的引力记忆信号。
2024-01-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Modeling and searching for a stochastic gravitational-wave background from ultralight vector bosons
超轻玻色子，在各种超越标准模型的场景中被预测为暗物质候选者，可以触发旋转黑洞周围的超辐射不稳定性。这种不稳定性产生了振荡的玻色子凝聚，然后通过发射近单色的引力波而消散。这样的系统是目前和未来的引力波探测器有希望的来源。在这项工作中，我们考虑最小耦合，大量的矢量玻色子，它可以产生一个显着更强的引力波信号相比，标量的情况下。我们采用最近获得的引力波通量的数值结果，和黑洞种群的天体物理模型，包括孤立的黑洞和二进制合并残留物，计算和研究这些源发射的随机引力波背景的细节。使用贝叶斯框架，我们搜索这样的背景信号发射的数据从第一和第二次观测运行的高级LIGO。我们没有发现这种信号的证据。因此，结果使我们能够约束最小耦合矢量场的质量范围$0.8\times10^{-13}\mathrm{eV}\leq m_b\leq 6.0\times10^{-13}\mathrm{eV}$在95%的可信度，乐观地假设，无量纲自旋分布的孤立黑洞人口是均匀的范围$[0,1]$。在更悲观的假设下，只要无量纲黑洞自旋的均匀分布的上端是$\gtrsim 0.2$，就仍然可以排除$m_b\approx 10^{-13}\mathrm{eV}$附近的较窄范围。
2021-05-27 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Oscillations of Ultralight Dark Photon into Gravitational Waves
本文提出超轻暗光子在原初暗磁场中振荡产生引力波的机制，推导星系团局部能量密度与脉冲状谱，并用其解释NANOGrav等PTA的低频信号。
2023-12-07 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Self-Gravity Effects of Ultralight Boson Clouds Formed by Black Hole Superradiance
该研究利用完全广义相对论轴对称解分析黑洞超辐射形成的标量与矢量超轻玻色子云自引力，修正频率演化与superrad波形，并揭示其对ISCO和光环的影响。
2025-03-12 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Improved sensitivity of interferometric gravitational wave detectors to ultralight vector dark matter from the finite light-traveling time
最近的一些研究指出，引力波探测器对超轻矢量暗物质敏感，可以改善等效原理测试给出的当前最佳约束。虽然引力波探测器是一种高度精确的测量其臂长差的工具，但其灵敏度有限，因为矢量暗物质引起的测试质量镜的位移几乎是常见的。在这封信中，我们指出，灵敏度显着提高，如果考虑到有限的光在探测器的武器旅行时间的影响。这种效应使得先进的LIGO能够将对$U(1)_{B-L}$规范耦合的约束与当前最佳约束相比提高一个数量级。这也使得未来的引力波探测器的灵敏度比现在的要好得多。新效应对约束的改善因子取决于矢量暗物质的质量，对先进LIGO、Einstein望远镜、Cosmic Explorer、DECIGO和LISA的最大改善因子分别为$470$、$880$、$1600$、$180$和$1400$.包括新的影响，我们更新的约束条件的第一次观测运行的先进LIGO和改善的约束条件的$U(1)_B$规范耦合的一个数量级相比，目前最好的约束。
2021-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Baryogenesis from ultralight primordial black holes and strong gravitational waves from cosmic strings
超轻原初黑洞（PBH）（$\lesssim10^9$ g）通过霍金辐射（HR）完全蒸发，并产生给定理论中的所有粒子，而不管它们之间的其他相互作用。如果右手中微子是由PBH蒸发产生的，那么通过轻生作用成功的重子生成预言了右手中微子和黑洞的质量尺度。我们表明，考虑到理论中的轻子数违反（RH中微子质量的产生）是规范的$U(1)$破坏的结果，随后形成PBH，宇宙弦网络自然会产生强的随机引力波（GW）脉冲星计时阵列（PTA）和LIGO 5灵敏度水平的信号。此外，由于早期宇宙中存在一个黑洞主导的过渡时期，此时重子不对称性与初始PBH密度无关，GW谱在MHz频率附近出现一个突变。因此，为了观察通过HR发射引力子的通常GW信号的破裂，需要更高频率的GW探测器。NANOGrav PTA最近发现了一个随机的共同频谱过程（解释为GWs）在许多恒星之间，这与大宇宙弦环（$α\simeq 0.1$）的PBH重子生成有矛盾。
2021-07-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Probing Ultralight Primordial Black Hole Dark Matter with XMM Telescopes
本研究利用XMM望远镜测量的软X射线信号，对质量在$10^{15}$-$10^{16}$ g范围内的超轻原初黑洞暗物质比例施加了限制，发现观测在95%置信水平下排除了质量为$10^{15}$ g时比例$f>10^{-6}$的可能。
2024-09-23 hep-ph
Probing ultralight dark fields in cosmological and astrophysical systems
该论文以模型无关方式构建标量与矢量超轻暗场的经典有效场论，并研究其在非拓扑孤子、中子星及引力波等系统中的相互作用与探测途径。
2023-12-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Distinguishing Monochromatic Signals in LISA and Taiji: Ultralight Dark Matter versus Gravitational Waves
School of Fundamental Physics and Mathematical Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, UCAS（杭州高等研究院基础物理与数学学院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)（中国科学院大学）；International Center for Theoretical Physics Asia-Pacific（亚太理论物理中心）
本文提出利用干涉仪的零响应通道区分超轻暗物质与引力波产生的单色信号，通过分析不同频率下的响应特性，为未来空间引力波探测任务提供新的诊断工具。
2026-07-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Pulsar timing signal from ultralight axion in $f(R)$ theory
$10^{-23}$ eV附近的超轻轴子被认为是可行的暗物质候选者。这种暗物质的一个显著特征是振荡压力，它产生频率在纳赫兹范围内的引力势振荡。最近，Khmelnitsky和Rubakov指出，这种依赖于时间的电势会导致脉冲到达残差，并且可以通过平方公里阵列（SKA）实验观察到。本文在$f(R)$理论框架下研究了轴子振荡压力的可探测性，并证明了引力势的振幅与爱因斯坦理论相比可以被增强或抑制，这取决于$f(R)$模型的参数和轴子的质量.特别地，我们研究了Hu-Sawicki模型，并找到了排除Hu-Sawicki模型的条件。
2016-04-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Stochastic and resolvable gravitational waves from ultralight bosons
旋转黑洞周围的超轻标量场可以引发超辐射不稳定性，在视界外形成长寿的玻色子凝聚体。我们使用数值解的扰动场方程和天体物理模型的大规模和恒星质量的黑洞人口计算，第一次，随机引力波背景从这些来源。在乐观的情况下，先进的LIGO和LISA观测到的背景场质量$m_s$的范围$\sim [2\times 10^{-13}, 10^{-12}]\,{\rm eV}$和$\sim 5\times[ 10^{-19}, 10^{-16}]\,{\rm eV}$，分别，它可以影响可分辨源的可探测性。我们的估计表明，对LIGO O1的随机背景限制的分析可能已经被用来勉强排除质量为$\sim 10^{-12.5}{\rm eV}$的轴子。使用高级LIGO（LISA）的半相干搜索应该检测标量场质量$3\times 10^{-13}$（$10^{-17}$）eV的$\sim 15~(5)$到$200~(40)$可分辨源。大质量BH自旋的激光束散射测量可以排除$\sim [10^{-18}, 2\times 10^{-13}]$ eV范围内的玻色子，也可以在$\sim[10^{-17}, 10^{-13}]$ eV范围内以10%的精度测量$m_s$。
2017-10-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Hellings-Downs curve deformed by ultralight vector dark matter
研究指出超轻矢量暗物质会使 PTA 引力波探测中的 Hellings-Downs 角关联曲线形变，从而为利用该曲线约束带自旋超轻暗物质提供依据。
2023-07-24 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Connecting the Extremes: A Story of Supermassive Black Holes and Ultralight Dark Matter
在宇宙的第一个十亿年中，质量为$\mathcal O(10^9\,M_\odot)$的超稀有超大质量黑洞（SMBH）的形成仍然是天体物理学中的一个悬而未决的问题。与此同时，超轻的暗物质（DM）的质量附近的$\mathcal O(10^{-20}~\text{eV})$已被小规模DM分布的动机。虽然这种类型的DM是受各种天体物理学的考虑，某些观测可能指向适度的证据it. We提出了一个模型，在$\sim 10$千电子伏的温度下，一个封闭的一阶相变，促进生产的$\mathcal O(10^9\,M_\odot)$原始SMBHs。这样的相变也可以自然地导致一个有动机的超轻轴子DM候选者的隐含质量，这表明SMBH和超轻DM可能是同一宇宙硬币的两面。我们认为，从超辐射和修改$N_{\rm eff}$发现的限制和途径。在一般的基础上，我们也期待原始引力波-从假设的一阶相变-其特征在于频率为$\mathcal O(10^{-12}-10^{-9}~\text{Hz})$。这个频率范围在很大程度上是未知的，但如果原始的引力波在这个频率范围的高端，就像我们假设的限制相变的情况一样，脉冲星定时阵列可以访问。
2022-02-23 astro-ph.CO hep-ph
Pulsar timing residual induced by ultralight tensor dark matter
本文研究超轻张量暗物质对脉冲星计时信号的影响，发现其角依赖性与标量和矢量暗物质不同，可区分不同自旋，并结合引力与耦合效应约束耦合参数$α$，在当前脉冲星计时阵列下估计$α\lesssim 10^{-6}\sim 10^{-5}$。
2024-03-15 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Cosmic superstrings, metastable strings and ultralight primordial black holes: from NANOGrav to LIGO and beyond
本研究提出超轻原初黑洞通过早期物质主导阶段降低高频引力波振幅，缓解LIGO与PTA数据间张力，并利用未来探测器探索其性质。
2025-01-22 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
