中子星附近的绝热轴子-光子混合

在天体物理环境中搜寻轴子的一个有前景的新提议，是寻找由落入中子星磁层的轴子暗物质共振转换所产生的窄射电谱线。对于足够强的磁场、$\mathcal{O}(10\mu{\rm eV)}$ 量级的轴子质量，以及轴子-光子耦合 $g_{a\gamma} \gtrsim 10^{-12} \, {\rm GeV^{-1}}$，该转换可变得超高效，允许轴子-光子与光子-轴子跃迁以 $\mathcal{O}(1)$ 的概率发生。尽管这些粒子间存在强混合，源自磁层的可观测射电通量预期被严重压制——这是落入轴子所源发的光子在逃出磁层前有很大概率转回为轴子的结果。在这项工作中，我们研究绝热 regime 下高度磁化中子星表面附近的轴子与光子相空间演化，首次量化高轴子-光子耦合下出现的射电通量性质。我们表明，先前试图模仿该 regime 中标度关系的研究在其处理上过于保守，且对于针对中子星星族的射电观测，该压制可大范围被规避。