FLRW 宇宙中含原始磁场的轴子-光子转换：解释射电异常

我们探讨轴子-光子转换作为两种低频异常共同起源的可能性：各向同性射电过剩（ARCADE2）和深全局 21 厘米吸收谷（EDGES）。从 FLRW 背景下含原始磁场的轴子-光子作用量中，我们推导包括等离子体效应的尺度依赖转换概率。当轴子质量匹配由等离子体引起的光子质量时，会发生共振转换，产生 MHz-GHz 范围的软光子。通过对随机原始磁场幅度为 $B_0$ 且光谱指数为 $n_{\rm B}$ 的模型化，我们表明质量约为 $10^{-14}$-$10^{-12}\,\mathrm{eV}$ 且为纳高斯水平近尺度平坦的类轴子粒子和原始磁场可解释 ARCADE2 和 EDGES。通过阿尔布兰姆扩散和湍流衰减导致的原始磁场耗散加热可降低 21 厘米谷的深度，从而移动可行参数空间。我们的结果源于从首要原理建立的一致理论框架和对射电过剩和全局 21 厘米信号的综合分析，同时与 CMB 对原始磁场和 $\Delta N_{\rm eff}$ 的限制保持一致。我们得出结论，全局 21 厘米观测可能为探测轴子、原始磁场和暗区物理提供潜在灵敏度。