轴子星爆炸与宇宙再电离历史

针对超轻轴子状暗物质的宇宙学结构形成模拟表明，宇宙中每个暗物质晕的中心都会形成一个轴子星。这些轴子星将在黑暗时代（$z \lesssim 70$）大量形成。轴子星代表了宇宙中最密集的轴子环境，因此能够触发那些在真空中无法发生的集体过程。特别是，尽管单个亚 eV 轴子衰变为一对光子的寿命远大于宇宙年龄，但由于参数共振，轴子星可以在极短的时间尺度上衰变为光子。本次报告基于 arXiv:2302.10206 和 arXiv:2301.09769，将讨论此类衰变的宇宙学含义。我们表明，质量足够大的轴子星会衰变为大量射电光子，进而导致黑暗时代的加热和电离，这一过程受到 Planck 卫星数据的严格限制。因此，在我们的轴子星丰度基准模型中，我们发现对于 $10^{-14}\,{\rm eV}\lesssim m_a\lesssim 10^{-8}\,{\rm eV}$ 的质量范围，耦合常数 $10^{-14}\,{\rm GeV}^{-1} \lesssim g_{a\gamma\gamma} \lesssim 10^{-10}\,{\rm GeV}^{-1}$ 被 Planck 数据排除。我们还强调，未来对 21 cm 谱线的测量有望探测到至少小一个数量级的耦合常数。