利用精密宇宙学数据搜寻超轻轴子

质量在 $10^{-33}$ eV $<m <10^{-20}$ eV 范围内的超轻轴子 (ULAs) 由弦论激发，并可能构成宇宙的暗物质或暗能量密度。ULAs 可能会抑制小尺度上的结构增长，或导致大尺度宇宙微波背景 (CMB) 各向异性上增强的积分 Sachs-Wolfe 效应。在本工作中，我们计算了整个 ULA 质量范围内的宇宙学可观测量，随后利用来自 Wilkinson 微波各向异性探测器 (WMAP)、Planck 卫星、阿塔卡马宇宙学望远镜和南极望远镜的 CMB 数据，以及来自 WiggleZ 星系红移巡天的星系成团数据，搜寻 ULAs 存在的证据。在 $10^{-32}$ eV $< m <10^{-25.5}$ eV 的质量范围内，轴子残留密度 $\Omega_{a}$（相对于总暗物质残留密度 $\Omega_{d}$）必须满足约束 $\Omega_{a}/\Omega_{d} < 0.05$ 且 $\Omega_{a}h^{2} < 0.006$（95% 置信度）。对于 $m> 10^{-24}$ eV，ULAs 在所探测的长度尺度上与标准冷暗物质无法区分，因此被这些数据所允许。对于 $m < 10^{-32}$ eV，ULAs 被允许构成暗能量的重要部分。