一条连续的银河系轴子线源：23Na 的非凡案例

我们认为 $^{23}$Na 是银河系轴子的一个潜在重要来源。在温度 $\gtrsim 7 \times 10^8$K 时——这是超新星大质量前身星和 ONeMg 白矮星中碳燃烧的特征温度——$^{23}$Na 的 440 keV 第一激发态被热布居，其反复衰变将恒星能量泵入逃逸的轴子中。在高温恒星环境中，奇A核丰度通常非常低（或因燃烧殆尽而完全不存在）。$^{23}$Na 是一个例外：在碳燃烧期间合成了约 $0.1 M_\odot$ 的该同位素，然后在长达 $6 \times 10^4$ 年的时间里维持在约 $10^9$K 的温度。利用 MESA 模拟、一个银河系模型，并对前身星质量、位置和演化阶段进行采样，我们发现对于 $g^\mathrm{eff}_{aNN} = 10^{-9}$，在地球上的连续通量为 $\langle \phi_a \rangle \approx 22$/cm$^2$s。这些轴子中的一部分在通过银河系磁场传播时会转化为光子，产生一条独特的 440 keV 谱线 $\gamma$ 射线，可被像康普顿光谱仪与成像仪 (COSI) 这样的全天探测器探测到。假设一个 1$\mu$G 的银河系磁场和足够轻的轴子质量，我们发现 COSI 在两年巡天观测后，将能在 $3\sigma$ 水平上探测到 $| g_{aNN}^\mathrm{eff} g_{a \gamma \gamma} | \gtrsim1.8 \times 10^{-22}$ GeV$^{-1}$。