Advanced LIGO上的黑洞并合与QCD轴子
高能物理 - 唯象学
2017-03-03 v2 高能天体物理现象
广义相对论与量子宇宙学
摘要
在未来几年中，Advanced LIGO (aLIGO) 可能看到来自数千个黑洞(BH)并合的引力波(GWs)。这标志着一种用于物理研究的新精密工具的起点。在此我们展示如何利用该工具寻找标准模型之外的新物理，特别是质量范围 ma ~ 10^-14 到 10^-10 eV 的QCD轴子。该质量范围内的轴子（或任何玻色子）通过超辐射(SR)效应，导致快速旋转的BH将其自旋脱落到围绕BH的原子玻尔轨道上的大轴子云中。当BH尺寸与轴子的康普顿波长相当时，这导致BH的质量和自旋分布中出现间隙。通过测量在LIGO观测到的并合物体的自旋和质量，我们可以验证由轴子产生的BH分布中间隙的存在和形状。轴子云也可通过轴子湮灭或能级跃迁辐射的GWs被发现。盲搜单色GW可能揭示多达10^5个通过轴子湮灭辐射的BH，在$2 ma附近不同频率处。轴子跃迁探测更重的轴子，并可能在未来的GW观测站中可观测。并合事件是定向GW搜索的完美候选。如果最终BH具有高自旋，SR云可能生长并通过轴子湮灭发射单色GWs。我们可能实时观测SR演化。
引用
@article{arxiv.1604.03958,
title = {Black Hole Mergers and the QCD Axion at Advanced LIGO},
author = {Asimina Arvanitaki and Masha Baryakhtar and Savas Dimopoulos and Sergei Dubovsky and Robert Lasenby},
journal= {arXiv preprint arXiv:1604.03958},
year = {2017}
}
备注
6 pages, 4 figures; matches version published in PRD