Constraining the mass of dark photons and axion-like particles through black-hole superradiance
Constraining the mass of dark photons and axion-like particles through black-hole superradiance
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通过黑洞超辐射限制暗光子和类轴子粒子的质量
DOI：
10.1088/1475-7516/2018/03/043
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发表时间：
2018
影响因子：
6.4
通讯作者：
Cardoso V
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cardoso V
超轻玻色子和类轴子粒子自然地出现在不同的场景中，可以解决一些长期存在的难题。它们的检测是具有挑战性的，所有直接方法都取决于粒子物理标准模型的未知耦合。然而，与重力的普遍耦合为这些场提供了与模型无关的特征。在这里，我们探讨的超辐射不稳定性的旋转黑洞触发存在这样的领域。这种不稳定性从天体物理学黑洞中抽取角动量，并限制了黑洞的最大自旋。我们计算，为第一次，频谱的最不稳定的模式的大规模矢量（Proca）场的一般黑洞自旋和Proca质量。观测到的恒星质量黑洞内盘的稳定性可以用来推导出暗光子质量在10− 13 eV <$m V <$3 × 10− 12 eV范围内的直接约束。通过包含更高的方位角模，类似的约束也适用于质量范围为6× 10− 13 eV <$m ALP <$10 − 11 eV的类轴子粒子。同样，超大质量黑洞的质量和自旋分布--通过连续拟合、Kα铁谱线或未来的空间引力波探测器LISA测量--意味着在质量范围内的间接边界约为10− 19 eV <$m V，m ALP <$10 − 13 eV，无论是轴子粒子还是暗光子。总体而言，超辐射允许探索超轻玻色子质量中大约8个数量级的区域。
Ultralight bosons and axion-like particles appear naturally in different scenarios and could solve some long-standing puzzles. Their detection is challenging, and all direct methods hinge on unknown couplings to the Standard Model of particle physics. However, the universal coupling to gravity provides model-independent signatures for these fields. We explore here the superradiant instability of spinning black holes triggered in the presence of such fields. The instability taps angular momentum from and limits the maximum spin of astrophysical black holes. We compute, for the first time, the spectrum of the most unstable modes of a massive vector (Proca) field for generic black-hole spin and Proca mass. The observed stability of the inner disk of stellar-mass black holes can be used to derive direct constraints on the mass of dark photons in the mass range 10− 13 eV≲ m V≲ 3× 10− 12 eV. By including also higher azimuthal modes, similar constraints apply to axion-like particles in the mass range 6× 10− 13 eV≲ m ALP≲ 10− 11 eV. Likewise, mass and spin distributions of supermassive BHs—as measured through continuum fitting, Kα iron line, or with the future space-based gravitational-wave detector LISA–imply indirect bounds in the mass range approximately 10− 19 eV≲ m V, m ALP≲ 10− 13 eV, for both axion-like particles and dark photons. Overall, superradiance allows to explore a region of approximately 8 orders of magnitude in the mass of ultralight bosons.
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影响因子：
--
作者：
H. Kodama;A. Ishibashi
通讯作者：
H. Kodama;A. Ishibashi
反德西特黑洞的超自旋不稳定性
影响因子：
5.4
作者：
Dias Ó
通讯作者：
Dias Ó
影响因子：
5.4
作者：
M. Goodsell;J. Jaeckel;J. Redondo;A. Ringwald
通讯作者：
M. Goodsell;J. Jaeckel;J. Redondo;A. Ringwald
DOI：
--
发表时间：
2013-03
期刊：
arXiv: High Energy Physics - Phenomenology
影响因子：
--
作者：
J. Jaeckel
通讯作者：
J. Jaeckel
影响因子：
5.4
作者：
Dias, Oscar J. C.;Monteiro, Ricardo;Santos, Jorge E.
通讯作者：
Santos, Jorge E.