Effect of axion-like particles on the spectrum of the extragalactic gamma-ray background
类轴子粒子（ALP）为观测到的宇宙较低TeV不透明度提供了一个可行的解释。如果异常TeV透明度是由ALPs引起的，那么遥远的河外源的通量将在超过TeV的光子能量下增强，从而导致观测到的河外伽马射线背景（EGB）光谱的增强。在这项工作中，我们研究了在TeV能量的EGB谱的ALP调制。我们的研究结果表明，在最乐观的情况下，ALP的存在可能会导致EGB光谱大大偏离纯银河系外背景光（EBL）吸收的情况下的预测。偏差发生在大约$\gtrsim$ 1 TeV，目前费米-LAT的EGB测量无法识别这样的效果。我们还发现，大多数敏感的ALP参数已被排除现有的限制，只留下一个小区域的不受限制的参数，可以探测使用EGB效应在这项工作中的调查。来自LHAASO和CTA等即将到来的甚高能量仪器的观测可能有助于研究这种效应。
2021-11-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
Extragalactic photon--axion-like particle oscillations up to 1000 TeV
类轴子粒子（Axion-like particles，ALP）正吸引着越来越多的兴趣，因为它们是基本粒子物理学标准模型的许多扩展，特别是超弦和超膜的预测。值得注意的是，取决于它们的参数空间的设置，它们强烈地增加了极高能带中的光子透明度。最近发现的光子色散的CMB需要一个实质性的修改以前的图片：这确实是本文件的目标。我们精确地计算了从一个耀变体到我们的光子存活概率，并绘制了7个模拟耀变体在不同$z$和4个模型参数值下的光子存活概率与观测能量的关系。我们的预测可以通过新一代的$γ$射线天文台进行测试，如CTA，HAWC，Gamma-400，LHAASO，TAIGA-HiSCORE和HERD。最后，对于我们推测的$m_a$和$g_{γγa}$值，我们的ALP可以在DESY的ALPS II升级、计划的实验IAO、STAX和ABRACADABRA以及其他技术中检测到。
2019-07-22 astro-ph.HE hep-ph
Cherenkov telescope array extragalactic survey discovery potential and the impact of axion-like particles and secondary gamma rays
切伦科夫望远镜阵列（CTA）即将进入建设阶段，其主要的关键科学项目之一是进行无偏调查，以寻找河外源。我们利用这两个最新的耀变体伽马射线光度函数和光谱能量分布，以获得预期数量的可探测源计划的CTA天文台的北部和南部阵列。我们发现，一个浅的，广泛的调查约0.5小时，每个视场将导致最高数量的耀变体检测。此外，我们调查的轴子粒子和二次伽马射线传播的宇宙射线上的源计数分布的效果，因为这些过程预测不同的光谱形状从标准河外背景光衰减。在二次伽马射线的情况下，我们通常可以预期更远的物体，而轴子样粒子不会显著改变预期的分布。然而，我们发现，这些结果强烈依赖于假设的磁场强度在传播过程中。我们还为高空水切伦科夫天文台（HAWC）、大型高空空气簇射天文台（LHAASO）提供源计数预测以及混合探测器的新提案。
2017-07-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Probing Extragalactic Ultralight Axion Dark Matter with Decade-Long Blazar Optical Polarimetry of 1ES 1959+650
Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；School of Astronomy and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）
本文利用耀变体1ES 1959+650的十年光学偏振数据首次搜索类轴子暗物质诱导的偏振角周期振荡，未发现显著信号，并在广泛质量范围内对ALP-光子耦合常数给出严格上限，证明长期耀变体偏振测量是探测河外类轴子暗物质的有效互补手段。
2026-10-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Impact of oscillations of photons into axion-like particles on the very-high energy gamma-ray spectrum of the blazar PKS1424+240
甚高能量（VHE）伽马射线与背景辐射场的低能光子进行对产生。这导致河外源的初级伽马射线通量在与河外背景光（EBL）的相互作用中衰减，该背景光从紫外波长延伸到远红外波长。在存在磁场的情况下，伽马射线可以振荡成假想的类轴子粒子（ALP）。这可能会导致宇宙对VHE伽马射线的不透明度降低，因为ALP绕过了对的产生。在这里，证明了光子-ALP转换对PKS 1424 +240光谱的影响。这个耀变体的红移下限最近被确定为$z \geqslant 0.6035$，使其成为在VHE能量下观测到的最远的源。在特定的磁场场景和EBL模型的假设下，推导出光子-ALP耦合，导致整体凹的内禀blazar光谱。
2013-10-08 astro-ph.HE hep-ph
Search for decaying eV-mass axion-like particles using gamma-ray signal from blazars
质量在eV范围内的衰变类轴子粒子（ALP）可能占据银河系和其他星系的暗物质晕，在河外背景光（EBL）光谱中产生特征性的“凸点”特征。这一特征在遥远的河外源的伽马射线光谱上留下了印记。我们推导出的ALP耦合到光子的光谱分析的基础上，非常高的能量伽玛射线大声耀变体的约束。我们结合费米/LAT和切伦科夫望远镜的伽马射线光谱测量，并拟合一个模型，在该模型中，通过对ALP衰变产生的光子的产生来修改固有源光谱。我们通过这种效应来限制伽马射线通量抑制的幅度。我们发现，结合费米/LAT和VERITAS数据集的源1 ES 1218+304目前提供了最严格的约束ALP-双光子耦合，这是互补的约束所施加的非观测的额外的能量损失的水平分支星，高分辨率光谱观测的星系团的光学望远镜和搜索ALP信号的欧洲核子研究中心太阳轴子望远镜。我们的分析有利于在EBL谱中存在一个凸起，这可能是由质量范围为2-3 eV的ALP和$\sim 10^{-10}$ GeV $^{-1}$的轴子光子耦合产生的。我们讨论了验证这一提示的可能性与更深的切伦科夫望远镜观测大量的耀变体与当前一代仪器和切伦科夫望远镜阵列。
2019-11-29 astro-ph.HE hep-ph
The implications of the axion like particle from the Fermi-LAT and H.E.S.S. observations of PG 1553+113 and PKS 2155-304
本文研究了用Fermi-LAT和H.E.S.S.测量的PG 1553+113和PKS 2155-304的高能$γ$谱中的类轴子光子振荡效应。河外背景光（EBL）模型的选择会影响ALP的应用，因为EBL模型会导致观测到的$γ$射线谱的衰减效应。对于一般的EBL模型，我们将ALP与光子的耦合常数限制在95% C. L。作为ALP质量$\sim 10$ neV的$g_{aγ}\lesssim 5\times 10^{-11} ~\rm{GeV}^{-1}$。我们还考虑了CIBER观测的宇宙红外辐射，在扣除前景后，在$\sim 1~μ$ m波长处有一个过剩。来自河外源的高能γ射线在高红移时会受到这种过量所引起的更显著的衰减效应。在这种情况下，我们发现ALP光子振荡将改善PKS 2155-304和PG 1553+113的观测光谱的拟合，并在95%C. L.处找到有利的参数区域。
2020-02-18 astro-ph.HE hep-ph
Constraining axion-like particles with the diffuse gamma-ray flux measured by the Large High Altitude Air Shower Observatory
冰立方实验对极高能量中微子的探测支持了来自相同宇宙加速器的可比较的伽马射线对应物的存在。假设这些粒子的来源是河外起源，那么发射的光子流在宇宙距离上传播时会被大量吸收。然而，在光子与超轻类轴子粒子（ALP）混合的情况下，这种预期将被强烈修改。值得注意的是，宿主星系中的光子-ALP转换会产生一个ALP通量，它在河外空间中不受阻碍地传播。然后，ALP在银河系磁场中的反向转换导致了扩散的高能光子通量。在这种情况下，最近探测到的扩散高能光子通量的大型高海拔空气簇射天文台（LHAASO）允许我们排除在$95\%$ CL的ALP光子耦合$g_{aγ}\gtrsim 3.9-7.8 \times 10^{-11}~\mathrm{GeV^{-1}}$的$m_{a}\lesssim 4\times10^{-7}~\mathrm{eV}$，这取决于假设的磁场和原始的伽马射线光谱。这个新的约束是互补的，与其他ALP约束从非常高的能量伽马射线实验和未来的实验的灵敏度。
2022-06-17 astro-ph.HE hep-ph
Searching for GeV Gamma-Ray Polarization and Axion-Like Particles with AMS-02
本研究评估AMS-02及AMS-100对GeV伽马射线偏振的探测能力，发现AMS-100观测NGC1275可探测轴子类似粒子新参数空间，而银河系源偏振测量受现有实验限制。
2025-10-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
The experimental challenge of detecting solar axion-like particles to test cosmological ALP-photon oscillation hypothesis
我们认为可能的实验测试最近的假设表明，TeV光子生存的对生产相互作用与河外背景光在宇宙学距离转换成类轴子粒子（ALP）在银河系磁场。我们表明，拟议的巨型超低背景闪烁探测器甚至将有一个困难的时间达到目前的CAST灵敏度，这是一个到两个数量级的灵敏度比必要的ALP光子振荡假设的有意义的测试。潜在的替代测试进行了简要讨论。
2010-10-04 astro-ph.CO astro-ph.HE
Modelling gamma-ray-axion-like particle oscillations in turbulent magnetic fields: relevance for observations with Cherenkov telescopes
类轴子粒子（ALP）是标准模型之外的某些理论的常见预测，并且在外部磁场的存在下与光子耦合。因此，光子-ALP转换可能导致河外伽马射线源的通量增强，否则由于与背景辐射场的相互作用而衰减。伽马射线穿过的磁场通常是湍流的，并且经常用简单的域状结构建模。鉴于光子和ALP之间的最大混合，我们表明，在这样的模型实现的领域存在的光子ALP振荡概率为零。这种行为不会发生在更复杂的磁场模型中。
2014-12-08 astro-ph.HE hep-ph
The effect of photon-axion-like particle conversions in galaxy clusters on very high energy γ-ray spectra
来自河外源的甚高能量（VHE，能量>~ 100 GeV）γ射线与背景辐射场的低能光子相互作用，产生电子-正电子对。或者，在周围磁场存在的情况下，它们可以转化为假想的类轴子粒子（ALP），即赝标量自旋0玻色子，这是标准模型的扩展所预测的。这些粒子在宇宙学距离上不受阻碍地传播。本文研究了星系团和银河系磁场中的光子ALP振荡对VHE γ射线谱的影响。结果表明，这种机制可以导致VHE通量的显著增强和光谱硬化，从而有效地降低宇宙对VHE γ射线的不透明度。
2012-11-27 astro-ph.HE hep-ph
First lower limits on the photon-axion-like particle coupling from very high energy gamma-ray observation
来自河外源的甚高能量（VHE，能量> 100 GeV）伽马射线的内禀通量由于与河外背景光（EBL）的光子相互作用中的对产生而衰减。根据源的距离，宇宙应该对高于一定能量的VHE光子不透明。然而，有迹象表明，宇宙比以前认为的更透明。最近对VHE光谱的大样本的统计分析表明，对于具有最高衰减的数据点，用当前EBL模型对吸收的校正太强。一种解释可能是VHE光子在环境磁场中振荡成假想的类轴子粒子（ALP）。这种机制将降低不透明度，因为ALP在宇宙学距离上不受阻碍地传播。在这里，一个大样本的VHE伽马射线光谱获得成像空气切伦科夫望远镜是用来设置，第一次，在大范围的ALP质量的光子ALP耦合常数的下限。考虑到振荡的能量依赖性，研究了不同磁场配置下的转换，包括星系团内和星系际磁场以及银河系的磁场.对于乐观的情况下，干预磁场，光子ALP耦合的$10^{-12}\mathrm{GeV}^{-1}$的顺序的下限，而更保守的模型假设结果在$2\times10^{-11}\mathrm{GeV}^{-1}$。后一个值在未来专用ALP搜索的范围内。
2013-08-26 astro-ph.HE hep-ph
Extragalactic photon-ALP conversion at CTA energies
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
该研究针对CTA能段的河外光子-ALP转换，推导了不同绝热 regime 下光子和ALP传递函数的统计演化方程与解析预测，为相关观测及非零ALP质量模型提供了重要支撑。
2026-11-09 astro-ph.HE hep-ph
Constraints on axion-like particle properties with very high energy gamma-ray observations of Galactic sources
类轴子粒子（Axion-like particles，ALP）在电磁场中可以振荡为光子，反之亦然。光子ALP振荡提供了一个有吸引力的解决方案，宇宙的TeV光子的明显透明度。ALP质量$m_{\rm a}\leq 10^{-7}$ eV的允许参数区域受到费米LAT和H.E.S.S对一些河外源的观测的严格限制。在这项工作中，我们第一次表明，在银河系平面上的一些TeV源的H.E.S.S观测排除了最高ALP质量区域（即，$m_{\rm a}\sim {\rm a ~few\times 10^{-7}}$ eV），它解释了宇宙的TeV透明度。即将到来的CTA观测银河TeV源被证明能够显着改善的约束。
2018-04-19 astro-ph.HE hep-ph
Diffuse axion-like particle searches
提出了一种基于高能天体物理中微子产生的γ射线来寻找类轴子粒子的新方法。高能中微子的存在意味着在同一个源中产生伽马射线。光子可以在源的磁场中转换成ALP，并将作为ALP穿过河外空间。银河系磁场中的反向转换导致了扩散的各向异性高能光子通量，现有的和即将到来的伽马射线探测器，如HAWC，CTA和LHAASO可以探测到。该方法探测未探索的ALP参数空间，LHAASO对$10^{-11}\, \rm{GeV^{-1}}$以上的耦合实际上是敏感的，并且在十年内质量高达$3\times 10^{-6} \, \rm{eV}$。我们的技术还探讨了可行的ALP暗物质参数空间。
2017-12-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Axion Condensate Dark Matter Constraints from Resonant Enhancement of Background Radiation
研究了类轴子暗物质背景下光子振幅的参量增长。观测到的河外背景辐射限制了允许的增强效应。我们推导出由此产生的约束轴子光子耦合常数$g_{aγ}$从银河系ALP凝聚以及过密度。如果我们的银河系中存在大小为$R$的ALP凝聚体，那么扫描频率为$ν$的极窄未分辨谱线可以将ALP质量为$m_a=4πν$的轴子-光子耦合限制为$g_{aγ}\lesssim2\times10^{-14}(10\,{\rm kpc}/R)\,{\rm GeV}^{-1}$。无线电光学背景数据产生的约束，在这一水平内观察到的波段或ALP质量窗口在一个广泛的范围$0.08\, μ\text{eV} \lesssim m_a \lesssim 8 \text{ eV}$。这些对$g_{aγ}$的凝聚约束探测到$m_a \gtrsim$ 10 $μ$ eV的QCD轴子带。
2019-07-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
First constraints on axion-like particles from Galactic sub-PeV gamma rays
在广泛的空气簇射望远镜领域的实验改进和技术创新使得能够测量亚PeV范围内的银河宇宙射线相互作用，为寻找新的物理和暗物质提供了新的途径。首次利用HAWC和Tibet AS $γ$对银河系弥散γ射线的亚PeV（1 TeV - 1 PeV）观测，寻找与冰立方河外高能中微子流起源直接相关的类轴子（ALP）诱导γ射线信号。事实上，在河外源中产生高能中微子意味着同时产生能量相当的伽马射线。在中微子发射源的磁场中，伽马射线可以有效地转换成ALP，不受衰减地逃离它们的宿主星系，通过星系际空间传播，并在银河系的磁场中重新转换成伽马射线。这样的场景产生了在亚PeV范围内的全天空漫射高能伽马射线信号。考虑到宇宙射线与气体和辐射的相互作用以及亚阈值源对银河系天体物理伽马射线的贡献，我们对光子-ALP耦合常数$g_{aγγ}$设置了有竞争力的上限。我们发现$g_{aγγ} < 2.1\times10^{-11}$ GeV $^{-1}$的ALP群众$m_a \leq 2\times10^{-7}$ eV在95\%的置信水平。我们的研究结果与以前的限制来自TeV的伽马射线域的ALP，并逐步关闭ADMX限制的质量差距。再现本研究结果的代码和数据可在GitHub \url{https://github.com/ceckner/subPeVALPs}上获得。
2023-01-18 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Impact of local foreground radiations on Very High Energy observations of extragalactic sources
本文研究了局部前景辐射对河外源甚高能伽马射线观测的污染效应，建模分析了宿主星系、宇宙环境及银河系内的前景辐射，发现此类污染仅显著影响极近活动星系核的观测。
2025-07-15 astro-ph.HE hep-ph
Extending the sample of core-collapse supernovae for searches of axion-like-particle induced gamma-ray bursts with the Fermi LAT
在核心坍缩超新星（SN）中，类轴子粒子（ALP）可以通过Primakoff过程产生，随后在银河系的磁场中转化为伽马射线。我们利用一个在可见光波段的河外超新星样本，估计了核心坍缩的时间，并利用费米大天区望远镜（LAT）寻找一个符合的伽马射线暴。假设LAT视野内至少包含一个SN，我们排除了SN 1987 A中先前限制的$\sim$ 5倍内的光子-ALP耦合。随着越来越多的SNe观测光学调查，我们的研究结果表明，探测ALP暗物质结合光学和伽马射线观测的潜力。我们还提供了估计爆炸时间的15个近距离SNe最近观察到的ZTF的初步结果。我们的研究结果表明，爆炸时间可以在一天内估计（仅统计不确定性），使其成为后续LAT分析的有希望的目标。
2021-08-04 astro-ph.HE hep-ph
Gamma-ray cosmology and fundamental physics with TeV blazars: results from 20 years of observations
TeV耀变体的伽马射线已经被地面实验探测了二十多年。我们已经收集了最广泛的档案光谱从这些来源，以限制宇宙学距离的影响伽马射线传播的过程。我们讨论了我们的结果扩散光子场，填充宇宙，称为河外背景光，宇宙的膨胀率，和基本物理的形式轴子粒子和洛伦兹不变性破坏。具体来说，我们提出了从0.26到105微米的伽玛射线观测构建的河外背景光的光谱，我们测量的哈勃常数的值与其他估计兼容，我们约束的能量尺度洛伦兹不变性破坏影响伽玛射线吸收的河外背景光大于百分之六十的普朗克尺度。
2015-08-25 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Supernova axions convert to gamma-rays in magnetic fields of progenitor stars
本文利用SN1987A及前身星磁场约束更高质量轴子（至10^-3 eV），并提议GALAXIS卫星星座探测未来超新星及中子星并合产生的轴子伽马射线信号。
2025-09-24 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Axion-like particles and high energy astrophysics
类轴子粒子（ALP）是轻的、中性的、赝标量玻色子，由粒子物理学标准模型的几个扩展（如弦论）预测，并且应该主要只与两个光子相互作用。在存在外部磁场的情况下，光子ALP振荡发生，并且可以在甚高能量（VHE）带（$100 \, {\rm GeV} - 100 \, {\rm TeV}$）中产生相当大的天体物理效应。光子-ALP振荡增加了宇宙对VHE光子的透明度，部分防止了由河外背景光（EBL）引起的伽马-伽马吸收。此外，他们有重要的意义，活动星系核（AGN）通过修改他们的观察光谱的平谱射电类星体（FSRQs）和BL湖。为了限制ALP参数空间，人们进行了许多尝试，通过研究星系团中由于光子-ALP转换而导致的光谱不规则性以及恒星发射ALP的后果。即将推出的新VHE光子探测器，如CTA，HAWC，Gamma-400，LHAASO，TAIGA-HiSCORE，HERD和ASTRI将解决这个问题。
2019-11-21 astro-ph.HE hep-ph
Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array to the detection of axion-like particles at high gamma-ray opacities
粒子的标准模型的扩展通常预测轴子（类）粒子（ALP）的存在，可以通过它们与外部磁场中的光子耦合来检测。这种耦合可能导致来自河外源的$γ$射线光谱的修改。在一定能量以上，由于与背景辐射场的光子相互作用，$γ$射线通量应呈指数衰减。另一方面，ALP在宇宙学距离上不受阻碍地传播，并且重新转换为$γ$射线可能导致光谱中的额外成分。在这里，我们提出的建议切伦科夫望远镜阵列（CTA）检测这种光谱硬化的灵敏度。使用CTA的全仪器响应函数，四个$γ$射线源的组合似然分析表明，耦合$g_{aγ} \gtrsim 2\times10^{-11}\,\mathrm{GeV}^{-1}$和ALP质量$m_a \lesssim 100\,\mathrm{neV}$的ALP信号的显著检测是可能的。我们讨论了这些值对不同模型假设和磁场情况的依赖性，并确定了最佳的观测策略，以寻找ALP诱导的$γ$射线通量的增加。
2014-12-10 astro-ph.HE hep-ph
Hint at an axion-like particle from GRB 221009A
本文提出 GRB 221009A 的 LHAASO 高能观测与标准 EBL 吸收模型矛盾，并证明引入光子与轴子样粒子（ALP）振荡可自然解释观测光谱，从而为 ALP 存在提供新的有力迹象。
2024-12-30 astro-ph.HE hep-ph
No Indications of Axion-Like Particles From Fermi
当非常高能量（~100 GeV）的伽马射线在宇宙学距离上传播时，它们的通量通过与河外背景光的相互作用而衰减。然而，像HESS这样的地面伽马射线望远镜对能量在~200 GeV和几TeV之间的遥远伽马射线源的观测表明，宇宙对非常高能量的光子比预期的更透明。一个可能的解释是类轴子粒子（axion-like-particles，ALP）的存在，伽马射线可以有效地振荡到其中，使它们能够在宇宙学距离上旅行而不会衰减。在这篇文章中，我们使用费米伽马射线太空望远镜的数据来计算两个伽马射线源，1 ES 1101 -232在红移z=0.186和H 2356 -309在z=0.165，在1-100 GeV的光谱，并使用它与地面望远镜的测量相结合，以测试ALP假设。我们发现，观测结果可以很好地拟合的指数为-1.72和-2.1的1 ES 1101 -232和H2356-309，分别由一个内在的幂律源谱，并没有ALP或其他外来物理是必要的，以解释所观察到的衰减程度。
2011-03-22 astro-ph.HE hep-ph
Electromagnetic cascade masquerade: a way to mimic $γ$--axion-like particle mixing effects in blazar spectra
上下文到目前为止，大多数关于河外γ射线传播的研究只考虑了初级γ射线吸收和绝热损失（“仅吸收模型”）。然而，越来越多的证据表明，这种模式过于简单，必须以某种方式加以修改。特别是，人们发现，从一些耀变体光谱的光学薄的能量范围外推的强度是不足以解释这些光谱的光学厚的部分。这种效应被解释为γ-类轴子粒子（ALP）振荡的指示。另一方面，有许多迹象表明，在一些耀变体的光谱中可能观察到由初级γ射线或核引发的电磁级联的次级分量。目的。我们研究了初级γ射线或质子的电磁级联对成像切伦科夫望远镜获得的耀变体光谱的物理解释的影响。方法.我们使用公开可用的代码ELMAG计算初级γ射线电磁级联的可观测光谱。对于原生质子的情况，我们发展了一种简单、快速和相当精确的混合方法来计算可观测谱。我们用不同的物理模型对观测到的谱能量分布进行拟合：仅吸收模型，“电磁级联模型”（对于初级γ射线的情况），以及几个版本的强子级联模型（对于初级质子的情况）。我们区分了以下几种强子级联模型：1）“基本强子模型”，假定质子束不受河外磁场的干扰，所有可观测到的γ射线都是由初级质子通过光强子过程产生的，随后发展成电磁级联
2017-02-16 astro-ph.HE
Photon-axion mixing within the jets of Active Galactic Nuclei and prospects for detection
对遥远活动星系核（AGN）的甚高能量γ射线观测通常会导致比预期更高的通量和更硬的光谱，从而导致与河外背景光（EBL）水平的一些紧张关系。如果假设的轴子或类轴子粒子（axion-like particles，ALP）存在的话，这种张力可以得到缓解，因为光子振荡到ALP会减轻EBL吸收的影响，并导致更软的推断的活动星系核的本征光谱。在本文中，我们考虑了光子-ALP混合对观测光谱的影响，包括活动星系核喷流中可能发生的光子-ALP混合。然后，我们模拟观测的三个活动星系核的切伦科夫望远镜阵列（CTA），下一代伽马射线望远镜，以确定其前景检测的签名的光谱上的光子ALP混合。我们得出结论，CTA检测这些签名或限制ALP参数空间的前景是非常有希望的。我们发现，如果适当考虑射流内的光子-ALP混合，前景将得到改善，并且观测的最佳目标是PKS 2155-304。
2014-08-20 astro-ph.HE
On detecting oscillations of gamma rays into axion-like particles in turbulent and coherent magnetic fields
背景辐射场遍布宇宙，在一定能量以上，任何由河外源发射的$γ$射线通量都会由于产生$e^+e^-$对而衰减。如果光子在周围磁场中振荡成假想的类轴子粒子（ALP），导致$γ$射线过剩，特别是在可以用成像空气切伦科夫望远镜（IACT）检测到的高光学深度处，则不透明度可以减轻。在这里，我们介绍了一种方法来搜索这样的信号在$γ$射线数据，并估计灵敏度为未来的观测。不同的磁场接近的$γ$ -射线源被考虑在内，其中光子可以转换成ALP，然后传播畅通无阻的宇宙学距离，直到他们重新转换在银河系的磁场。具体地说，我们考虑相干场在秒差距尺度的耀变体喷流以及湍流场内的星系团。对于后者，我们明确推导出的横向分量的磁场与高斯湍流负责的光子ALP混合。为了说明该方法，我们将其应用到一个模拟IACT阵列的特性类似的切伦科夫望远镜阵列和调查的灵敏度的依赖关系，以检测磁场参数上的$γ$射线过剩。
2014-09-04 astro-ph.HE hep-ph
Probing the Parameter Space of Axion-Like Particles Using Simulation-Based Inference
University of Nova Gorica（新戈里察大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Institut de Física d’Altes Energies (IFAE)（高能物理研究所）
本文利用基于模拟的推断方法，通过模拟观测数据约束轴子类粒子的参数，探讨其在未来切连科夫望远镜阵列观测站数据中的应用潜力。
2026-01-14 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Hints for an axion-like particle from PKS 1222+216?
平谱射电类星体（Flat spectrum radio quasar，FSRQ）是一类特殊的耀变体，在宽线区（broad line region，BLR）内富含可见光/紫外光子，这必然意味着$γ$射线在20 GeV以上具有巨大的光学厚度。因此，不应发射能量高于此阈值的光子。然而，MAGIC从FSRQ PKS 1222+216观测到了能量范围在70 - 400 GeV的光子。在文献中有几种天体物理学的解释，但它们都是特别的，即只为特定目的而设计的。我们表明，这样一个令人惊讶的发现可以解释标准blazar模型中增加了新的可能性，光子振荡成轴子样粒子（ALP），反之亦然的源内。通过光子-ALP振荡机制，相当大一部分甚高能量（VHE）光子可以以类似的方式逃离BLR的吸收，因为它们在很大程度上避免了星系际空间中河外背景光（EBL）的吸收。实际上，我们不仅证明了VHE光子确实发射，而且它们的光谱能量分布（SED）是这样的，它们位于同一个康普顿峰上，费米/LAT同时探测到的低能光子也属于该峰。
2014-09-15 astro-ph.HE hep-ph
Anisotropy test of the axion-like particle Universe opacity effect: a case for the Cherenkov Telescope Array
宇宙对伽马射线的不透明度仍然是一个悬而未决的问题，特别是可能已经观察到的异常。假设这些异常现象的起源是传统物理学，如内源光谱或河外背景光的密度，那么它们将均匀地分布在天空中。如果它们存在，类轴子粒子（ALP）将对宇宙对伽马射线的不透明度产生潜在影响，可能与遥远伽马射线源的光谱指数异常有关。在这种情况下，来自遥远来源的ALP在银河磁场中转换回光子，它们对不透明度的影响预计将取决于源的位置。在这种情况下，预计异常将在天空中表现出特殊的相关性。我们提出了一种方法来测试的起源不透明度异常，光谱软化异常的角度相关性的基础上。这样的诊断需要在宽能量范围内对高能伽马射线源进行宽场调查。未来的切伦科夫望远镜阵列（CTA）非常适合进行这样的研究。结果表明，虽然目前的源样本还不足以作为结论的基础，但使用这种方法，CTA将对ALP与3e-11 GeV^-1量级的γ射线的耦合敏感，ALP质量低于1 e-8 eV。
2013-09-26 astro-ph.HE hep-ph
Axion effects on gamma-ray spectral irregularities with AGN redshift uncertainty
本文利用红移不确定的活动星系核VER J0521+211的多状态TeV伽马射线谱，研究光子-ALP振荡效应并给出ALP参数空间的联合约束，同时检验EBL吸收和红移不确定性对约束结果的影响。
2023-03-26 astro-ph.HE hep-ph
Primordial black holes induced stochastic axion-photon oscillations in primordial magnetic field
Center for Advanced Quantum Studies, Department of Physics, Beijing Normal University（北京师范大学前沿量子学中心物理系）
本文研究了由原初黑洞诱导的原始磁场中轴子-光子随机振荡，探讨其对宇宙微波背景、X射线背景和伽马射线背景的影响。
2022-11-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Hardening of TeV gamma spectrum of AGNs in galaxy clusters by conversions of photons into axion-like particles
一小部分产生VHE伽马射线的活动星系核位于星系团中。团簇内介质中存在的磁场将导致VHE光子转化为类轴子粒子（ALP），这是标准模型的几个扩展的一般预测。以这种方式产生的ALP将穿越不受河外背景光影响的宇宙学距离，而VHE光子则会被大量吸收。最终，一部分重要的ALP会在银河系的磁场中重新转化为VHE光子。这一机制使星系团中活动星系核的VHE谱显著硬化。作为一个具体的例子，我们考虑两个观测到的VHE伽马射线源位于星系团，即1ES 0414 + 009在红移z = 0.287和MKN 501在z = 0.034的能谱。我们发现，硬化在所观察到的光谱变得相关的E> 1 TeV。对这一特征的探测将允许用目前运行的成像大气切伦科夫望远镜（如H.E.S.S.）间接探测质量m_a <10 ^{-8} eV且光子-ALP耦合g_{a gamma} <10 ^{-10} GeV ^{-1}的超轻ALP的存在，MAGIC、VERITAS和CANGAROO-III，甚至更有可能与CTA、HAWC和HiSCORE等计划中的探测器一起使用。对这一机制中调用的超轻ALP进行独立的实验室检查，可以与DESY的光子再生实验ALPS的计划升级和下一代太阳轴子探测器IAO一起进行。
2012-10-22 astro-ph.HE hep-ph
A machine learning approach to axion-like particle searches in CTAO observations of blazars
本文提出用机器学习分类器在 CTAO 的耀变体伽马射线能谱中识别 ALP-光子转换特征，并证明其与标准方法结果一致且覆盖范围略广。
2025-09-29 astro-ph.HE
Implications of photon-ALP oscillations in the extragalactic neutrino source TXS 0506+056 at sub-PeV energies
本文研究了光子-类轴子振荡对河外中微子源TXS 0506+056伽马射线能谱的影响，基于Fermi-LAT和MAGIC观测数据在95%置信度下限制了ALP耦合参数，并探讨了该振荡对亚PeV中微子对应伽马射线的物理意义及不同类型源的弥漫伽马射线可观测性。
2023-11-27 astro-ph.HE hep-ph
Axion-Like Particle Dark Matter Intensity Mapping: A New Probe via Cross-Correlation with Galaxy Surveys
Stellenbosch University（斯泰伦博斯大学）
利用射电强度测绘与2MRS星系分布交叉相关，探索μeV量级轴子类粒子暗物质信号，提出新的探测方法，补充现有暗物质搜索手段。
2026-05-07 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Constraints on Axion-like Particles from the gamma-ray observation of the Galactic Center
本研究利用银河系中心特有的磁场模型，分析紧邻银心的点源HESS J1745-290的伽马射线能谱，未发现光子-类轴子粒子振荡特征，给出了补充河外源观测的相关参数约束。
2025-01-16 astro-ph.HE
Evidence for an axion-like particle from PKS 1222+216?
MAGIC令人惊讶地发现，平谱射电类星体PKS 1222+216在70 - 400 GeV的能量范围内强烈、快速变化的发射对所有解释方案都是一个挑战。事实上，为了避免在宽线区（BLR）密集的紫外辐射场中吸收γ射线，人们不得不援引一些非常规的天体物理学图像，例如，在距离喷流底部很远（R \sim 10 ^{18} cm）处存在一个非常紧凑（r \sim 10 ^{14} cm）的发射团。我们基于PKS 1222+216的标准blazar模型对一种情况进行了研究，在这种情况下，γ射线产生于靠近中央发动机的地方，但我们增加了新的假设，即在源内部光子可以振荡成类轴子粒子（ALP），这是基本粒子相互作用标准模型的几个扩展的一般预测。因此，相当一部分的极高能量光子可以通过光子ALP振荡的机制逃脱BLR的吸收，就像它们在nG范围内的大尺度磁场存在下在宇宙距离上传播时在很大程度上避免了河外背景光的吸收一样。此外，我们表明，上述MAGIC观测和同时费米/LAT观测的能量范围为0.3 - 3 GeV的模型参数的实验允许的值都可以用一个标准的光谱能量分布来解释。特别是，我们需要一个非常轻的ALP，就像宇宙空间中的光子ALP振荡一样。此外，我们发现这是相当诱人的，最有利的值的光子ALP耦合恰好是相同的，在这两种情况下。虽然我们的ALP不能对冷暗物质做出贡献，但它们是典型的暗能量的可行候选者。[删节]
2012-09-19 astro-ph.HE hep-ph
Search for spectral features in extragalactic background light with gamma-ray telescopes
星系在宇宙学时间尺度上累积的累积光学和红外辐射，即河外背景光（EBL），可以通过直接观测和可见光和红外线源计数的互补技术以及通过其对遥远活动星系核伽马射线信号的印记来探测。我们比较了可见光和红外测量与伽马射线的约束和研究，如果不同的方法的测量的差异可能是由于存在的EBL光谱中的功能，定位在微米波长范围内。我们结合了费米望远镜和地面伽马射线望远镜获得的选定耀变体的时间平均光谱数据。我们还模拟了吸收对EBL的影响，同时允许存在以前未考虑的光谱特征。我们表明，以前报道的“过剩”在EBL通量在$\sim 1$ ~微米波长范围内是一致的伽马射线测量，也就是说，如果过剩的形式的宽度$δλ< λ$和整体通量高达15 nW/（m $^2$ SR）以上的“最小”EBL，这是估计从可见光和红外源计数的窄功能。例如，这种“隆起状”的光谱特征可能来自于衰变的暗物质粒子，或者是轴子，或者是恒星形成历史中的特殊天体物理过程。我们讨论了在EBL的切伦科夫望远镜阵列（CTA）的光谱特征的搜索的可能性。
2019-12-25 astro-ph.HE
Constraints on axion-like particles from ultra-high-energy observations of M87 with the HAWC observatory
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；Universidad Autónoma de Chiapas（恰帕斯自治大学）；Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学天文研究所）
通过分析HAWC 7.5年数据，利用M87的伽马射线谱寻找光子-ALP转换信号，未发现证据，并在质量10^{-8}-10^{-6} eV、耦合常数>5×10^{-12} GeV^{-1}区域设定了竞争性约束。
2026-06-09 astro-ph.HE hep-ph
Testing CIBER cosmic infrared background measurements and axionlike particles with observations of TeV blazars
来自CIBER实验的河外背景光（EBL）在近红外（NIR）波段的第一次测量显示出比通过$γ$射线观测推断的更高的强度。最近的理论EBL强度通常与非常高的能量（VHE）$γ$ -射线观测一致。然而，过量的近红外辐射可能是EBL的一个新的组成部分，并且与遥远的耀变体的TeV光谱没有张力，因为假设的类轴子粒子（ALP）可能导致VHE $γ$射线的宇宙不透明度降低。为了探讨过剩成分是否主要来自EBL，用理论EBL（Gilmore）、Gilmore的包含光子/ALP耦合的EBL模型、Gilmore的包含CIBER过剩的EBL模型和Gilmore的包含光子/ALP耦合的EBL模型四种理论谱分别拟合了10个TeV BL Lac天体的13个高能VHE观测谱。我们发现，考虑光子/ALP耦合后，CIBER过量模型的拟合优度得到了显著提高，达到了$7.6~σ$的显著性，说明ALP/光子混合机制可以有效地缓解张力;然而，Gilmore EBL模型，总的来说，与ALP模型相比，与观察到的光谱更相容，尽管个别的耀变体，如PKS 1424+240和1 ES 1101-232更喜欢ALP模型。我们的研究结果表明，最近的EBL模型可以单独解释VHE $γ$ -射线的观察，并假设存在的ALP，以减轻张力是不需要在统计意义上，因此超过EBL模型是不太可能是一个新的EBL组件。
2021-07-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The intergalactic electromagnetic cascade solution for the anomalies from $γ$-ray blazar observations
最近在甚高能（VHE，E >100 GeV）$γ$射线观测方面取得的进展，以及河外背景光（EBL）建模方面的进展，使我们能够寻找新的现象，如$γ$ -类轴子粒子（$γ\rightarrow$ ALP）振荡，并探索河外磁场（EGMF）的强度和结构。这些研究通常通过寻找与所谓的仅吸收模型的一些偏差来进行，该模型仅考虑EBL上的初级光子吸收和绝热损失。事实上，有几个迹象表明，只吸收模型是不完整的。我们提出并讨论了星系际电磁级联模型（IECM）-最简单的模型，可以连贯地解释所有已知的异常。该模型具有许多可以用当前和未来的工具搜索的稳健特征。IECM模型可以用作新的背景模板，允许对$γ\rightarrow$ ALP振荡进行更鲁棒的未来搜索。我们的计算的详细说明可以在astro-ph/1609.01013v2（A\&A，印刷版）中找到。
2017-05-15 astro-ph.HE
Revisiting Very High Energy Gamma-Ray Absorption in Cosmic Propagation under the Combined Effects of Axion-Like Particles and Lorentz Invariance Violation
Yuxi Normal University（玉溪师范学院）；Yunnan Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；Key Laboratory for the Structure and Evolution of Celestial Objects, Chinese Academy of Sciences（中国科学院天体结构与演化重点实验室）；Hunan Normal University（湖南师范大学）；Kunming University of Science and Technology（昆明理工大学）；Shaoguan University（韶关学院）
该研究提出结合轴子类粒子和洛伦兹不变性违反效应的模型，以解释GRB 221009A的高能伽马射线观测。
2026-03-01 astro-ph.HE hep-ph
Niebla: an open-source code for modeling the extragalactic background light
University of Hamburg（汉堡大学）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）
Niebla 是首个开源代码，用于通过现象学方法计算光学至远红外波长的 extragalactic 背景光，支持自定义输入，用于建模 EBL 光学深度对伽马射线观测的影响，并区分不同尘埃再辐射模型。
2026-04-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
X-ray polarimetric features of Gamma-ray Bursts across varied redshifts and hints for Axion-Like-Particles
本研究统计不同红移GRBs的sub-MeV线偏振度，并分析星系际磁场中光子—ALP混合对偏振的改变，为约束ALP参数和星系际磁场上限提供独立途径。
2024-04-11 astro-ph.HE
Blazar VHE spectral alterations induced by photon-ALP oscillations
由于类轴子（axion-like particles，ALP）在甚高能（very high-energy，VHE）天体物理学中的应用日益受到关注，我们根据最新的天体物理学信息，考虑了由BL Lac发射的VHE光子/ALP光束的传播的完整方案，其能量可达$100 \, \rm TeV$以上。在它的旅行中，光束-在BL Lac射流的一个小区域中产生-在非常不同的天文环境中穿过各种磁结构：BL Lac射流，宿主椭圆星系，河外空间和银河系。我们已经采取了努力，以最现实的方式，并使用我们开发的关于河外磁场的新模型来模拟所有这些磁场。假设一个内在的光谱与幂律指数截断在一个固定的截止能量，我们已经评估了所得的观测光谱Markarian 501，极端BL Lac 1 ES 0229+200和类似的源位于$z = 0.6$高达以上$100 \, \rm TeV$。我们得到有趣的结果：具有光子-ALP振荡的模型具有可由$γ$ -射线观测站如CTA、HAWC、GAMMA 400、LHAASO、TAIGA-HiSCORE和HERD测试的特征（光谱能量振荡行为和在$20 \, \rm TeV$之上的光子过剩）。此外，我们的ALP可以在专门的实验室实验中检测到，如DESY的ALPS II升级，计划中的IAO和STAX实验，以及Avignone和合作者开发的其他技术。
2019-05-01 astro-ph.HE hep-ph
Photon-photon dispersion of TeV gamma rays and its role for photon-ALP conversion
TeV伽马射线的传播可以通过B场诱导的类轴子粒子（ALP）转换来强烈修改。我们表明，在这样高的能量，光子色散主要是由背景光子-光子色散是实际相关的唯一的例子。我们确定的折射率为所有的能量，并发现，对于固定的能量密度，背景光子对生产阈值以下占主导地位。当E < 1000 TeV时，宇宙微波背景单独提供的“有效光子质量”为（m_gamma）^2 = -（1.01 neV * E/TeV）^2。河外背景光是次要的，但在星系或源区域的本地辐射场提供显着的贡献。光子-光子色散小到足以使光子-ALP振荡的典型场景不受影响，但大到足以逐个担心它。
2017-05-08 astro-ph.HE hep-ph
Gamma-Ray Constraints on Heavy Axion-Like-Particle Decays from Fermi-LAT and H.E.S.S. Blazar Spectra
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Yerevan State University（埃里温国立大学）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；Dublin Institute for Advanced Studies（都柏林高等研究院）；University of Namibia（纳米比亚大学）；Centre for Space Research, North-West University（西北大学空间研究中心）；Universität Potsdam（波茨坦大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（法国原子能和替代能源署萨克雷大学研究部）；LUX, Observatoire de Paris（巴黎天文台卢森堡宇宙物理学实验室）；Sorbonne Université（索邦大学）；Instytut Fizyki Jądrowej PAN（波兰科学院核物理研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·阿勒山大大学）
利用H.E.S.S.和Fermi-LAT观测的耀变体伽马射线谱，通过类轴子粒子衰变对河外背景光的贡献，约束其质量与光子耦合，排除参数空间2.5-20 eV区域。
2026-06-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Revisiting the evidences for spectral anomalies in distant blazars: new data on the photon-ALP mixing
我们重新审视可能的依赖关系的红移的光谱参数观测到的耀变体在非常高的能量（VHEs）与成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）。这与评估光子与类轴子粒子（ALP）混合的源距离的潜在影响有关，这将深刻影响VHE光子在宇宙中的传播。我们专注于我们的光谱分析38 BL紫胶对象（32个高峰值和6个中间峰值）的红移$z\simeq 0.5$，和一个小样本的5个平坦频谱射电类星体高达$z=1$独立处理，以增加红移基线。这些源的78个独立的光谱首先被仔细地校正了与河外背景光的光子的伽马-伽马相互作用，这是主要的红移依赖的不透明度效应的原因。然后，修正后的光谱拟合简单的幂律推断的内在光谱指数$Γ_{\rm em}$在VHE，测试的假设，这样的光谱属性设置的本地，而不是全球的宇宙学环境。我们发现一些系统的反相关与红移的$Γ_{\rm em}$，这可能表明，虽然与低的意义，光谱异常可能需要修改的光子传播过程。具有更高统计显著性的结论性测试将需要即将到来的新一代切伦科夫阵列（CTA，ASTRI，LHAASO）提供的观测改进。
2022-08-02 astro-ph.HE hep-ph
Photon-ALP beam propagation from Mrk 501
本文研究Mrk 501的TeVγ射线谱中光子-ALP振荡效应，发现特定参数下可降低EBL吸收并重现观测谱，支持ALP存在。
2025-02-28 astro-ph.HE
