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通过丝状结构中的轴子-光子转换探测宇宙轴子背景

Probing the Cosmic Axion Background via Axion-Photon Conversion in Filaments

Duncan Rocha, Gordan Krnjaic, Matthew J. Baldwin

arXiv 2607.18372首次发表:更新:

AI 中文总结

研究通过宇宙丝状结构中轴子-光子转换产生的伽马射线背景通量,给出对轴子质量和轴子-光子耦合的新间接探测限制,针对特定暗物质,排除了一定参数空间,大磁场下还限制了部分QCD轴子参数空间。

AI 中文摘要

宇宙轴子背景(CaB)是早期宇宙中产生的相对论性轴子的假设群体。如果CaB由暗物质衰变产生,该群体中的轴子可在宇宙丝状结构的磁场中转化为光子,产生各向同性的伽马射线背景通量。通过将此通量与实验数据比较,我们给出了对轴子质量和轴子-光子耦合的新间接探测限制,针对衰变寿命低于\(10^{30}\)秒的GeV-TeV暗物质。在保守的丝状磁场强度(约1 nG)下排除了广泛暗物质质量和寿命下低于\(10^{-5}\) eV的轴子质量的显著参数空间。对于大丝状磁场(约100 nG),我们的策略也限制了TeV尺度暗物质质量下的部分QCD轴子参数空间。

英文摘要

The cosmic axion background (CaB) is a hypothetical population of relativistic axions produced in the early universe. If the CaB is produced from dark matter decays, the axions in this population can convert to photons in the magnetic fields of cosmological filaments, resulting in an isotropic gamma ray background flux. We present new indirect detection constraints on the axion mass and axion-photon coupling, for GeV-TeV dark matter with a decay lifetime below $10^{30}$ sec, by comparing this flux against experimental data. We exclude significant parameter space for axion masses below $10^{-5}$~eV for a broad range of dark matter masses and lifetimes, assuming conservative filament magnetic field strengths ($\sim 1$ nG). For large filament fields ($\sim 100$ nG), our strategy also constrains a portion of the QCD-axion parameter space for TeV-scale dark matter masses.

论文原文

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