利用 MeerKAT 与 SKA 搜寻类轴子粒子

过去几年中，对类轴子粒子（ALPs）的搜寻显著增长，因为它们有可能解释宇宙中冷暗物质（CDM）的总丰度。ALPs 与光子的耦合允许 ALPs 自发衰变为光子对。对于凝聚在星系周围 CDM 晕中的 ALPs，其受激衰变也是可能的。本工作中，我们考察了用即将建成的射电望远镜如平方公里阵列（SKA）与 MeerKAT 探测该过程所产生的射电辐射的可行性。我们使用近期更实际的灵敏度估计得到的结果表明，先前为 SKA 预估的非观测上限过于乐观，来自矮星系观测的限制至少弱了一个数量级。值得注意的是，由于纳入了频率相关的退化效应，我们的结果也比先前对 ALP 质量依赖性强得多。我们表明探测 ALPs 潜力最强的环境是邻近射电星系（因强的光子增强因子）。此外，通过使用可见度锥削，质量范围 $4.96 \times 10^{-7} \ \text{--} \ 1.04 \times 10^{-4} \ {\rm eV}$ 内的 ALPs 在 SKA 上的非观测 ALP-光子 $g_{a\gamma}$ 上限将处于 $1.83 \times 10^{-12} \ \text{--} \ 7.69 \times 10^{-10} \ {\rm GeV}^{-1}$ 范围。MeerKAT 在 50 小时观测内仅能产生类似于 CAST 实验的限制。最后，我们证明在星系磁场中 CDM ALPs 到光子的磁转换即使相比自发衰变也高度次主导。