Cosmic axion background propagation in galaxies
Cosmic axion background propagation in galaxies
复制标题
星系中的宇宙轴子背景传播
DOI：
10.1016/j.physletb.2015.12.058
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发表时间：
2016
影响因子：
4.4
通讯作者：
Day F
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Day F
标准模型的许多扩展包括轴子或类轴子粒子（ALP）。在这里，我们研究ALP光子转换的磁场中的银河系和星暴星系。通过模拟相干和随机磁场的影响，温暖的电离介质和温暖的中性介质上的转换过程中，我们模拟地图的转换概率在整个天空的ALP能量范围。特别是，我们认为一个弥漫的宇宙ALP背景（CAB）类似的CMB，其存在的建议由弦模型的通货膨胀。星系团磁场中CAB的ALP-光子转换被认为是星系团软X射线过剩的一种解释。因此，我们研究CAB在银河系中传播的现象和预期的光子信号。我们发现，CAB参数所需的解释集群软X射线过剩，在银河系中的ALP光子转换的光子通量将是不可观测的小。星系团中的ALP-光子转换几率比银河系中的高3个数量级。此外，形态学的未解决的宇宙X射线背景是不兼容的ALP光子转换的重要组成部分。我们还考虑ALP光子转换在星爆星系，主机更高的磁场。通过考虑星系等离子体的团簇结构，我们发现在星暴星系中，与团簇中的转换概率相当的转换概率是可能的。
Many extensions of the Standard Model include axions or axion-like particles (ALPs). Here we study ALP to photon conversion in the magnetic field of the Milky Way and starburst galaxies. By modelling the effects of the coherent and random magnetic fields, the warm ionized medium and the warm neutral medium on the conversion process, we simulate maps of the conversion probability across the sky for a range of ALP energies. In particular, we consider a diffuse cosmic ALP background (CAB) analogous to the CMB, whose existence is suggested by string models of inflation. ALP–photon conversion of a CAB in the magnetic fields of galaxy clusters has been proposed as an explanation of the cluster soft X-ray excess. We therefore study the phenomenology and expected photon signal of CAB propagation in the Milky Way. We find that, for the CAB parameters required to explain the cluster soft X-ray excess, the photon flux from ALP–photon conversion in the Milky Way would be unobservably small. The ALP–photon conversion probability in galaxy clusters is 3 orders of magnitude higher than that in the Milky Way. Furthermore, the morphology of the unresolved cosmic X-ray background is incompatible with a significant component from ALP–photon conversion. We also consider ALP–photon conversion in starburst galaxies, which host much higher magnetic fields. By considering the clumpy structure of the galactic plasma, we find that conversion probabilities comparable to those in clusters may be possible in starburst galaxies.
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