Black hole spin constraints on the mass spectrum and number of axionlike fields
Black hole spin constraints on the mass spectrum and number of axionlike fields
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DOI：
10.1103/physrevd.98.083006
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发表时间：
2018-05
影响因子：
5
通讯作者：
M. J. Stott;D. Marsh
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. J. Stott;D. Marsh
对旋转 BH 的天体物理观测跨越 $ 5M_\odot\lesssim M_{\rm BH}\lesssim 5\times 10^8 M_\odot$，可用于通过超辐射现象排除某些大质量玻色子的存在。在这项工作中，我们首次探索如何使用这些测量来约束多个玻色场质量的统计分布特性。一般来说，我们的方法排除了具有一系列质量分布宽度和跨越多个数量级的中心值的 $N_{\rm ax}\gtrsim 30$ 标量场。我们通过弦理论和 M 理论中轴子的具体例子证明了这一点，其中某些情况下的质量分布采用通用形式。对于某些感兴趣的场景，我们将上限设置为 $N_{\rm ax}$ ，这些场景近似地实现为 M 理论中的质量分布，包括 QCD 轴子、大统一理论和模糊暗物质。
Astrophysical observations of spinning BHs, which span $ 5M_\odot\lesssim M_{\rm BH}\lesssim 5\times 10^8 M_\odot$, can be used to exclude the existence of certain massive bosons via the superradiance phenomenon. In this work, we explore for the first time how these measurements can be used to constrain properties of statistical distributions for the masses of multiple bosonic fields. Quite generally, our methodology excludes $N_{\rm ax}\gtrsim 30$ scalar fields with a range of mass distribution widths and central values spanning many orders of magnitude. We demonstrate this for the specific example of axions in string theory and M-theory, where the mass distributions in certain cases take universal forms. We place upper bounds on $N_{\rm ax}$ for certain scenarios of interest realised approximately as mass distributions in M-theory, including the QCD axion, grand unified theories, and fuzzy dark matter.