来自超轻自旋-2场的黑洞超辐射不稳定性

超轻玻色场是引人注目的暗物质候选者，并出现在各种超越标准模型的场景中。这些场可通过超辐射不稳定性从旋转黑洞中提取能量和角动量，在此过程中黑洞周围会发展出宏观玻色凝聚体。该现象的显著特征包括天体物理黑洞自旋-质量分布中的间隙以及由凝聚体发射的连续引力波（GW）信号。迄今为止，这些过程已在标量场情形中得到非常详细的研究，且最近也在矢量场情形中得以研究。在此，我们通过解析计算质量张量（即自旋-$2$）场情形下的不稳定性时间尺度、直接GW发射和随机背景，在黑洞超辐射研究计划中迈出重要一步。我们的分析适用于任意黑洞自旋和小玻色质量。大质量自旋-$2$场的不稳定性与标量和矢量情形有一些共同性质，但其现象学丰富得多，例如存在多个具有可比不稳定性时间尺度的模式，且主导GW信号是十六极而非四极。对质量范围$M\in(1,10^{10})M_\odot$内旋转黑洞的电磁和GW观测可约束假定自旋-$2$场的质量范围$10^{-22} \lesssim m_b\,{\rm c^2/eV} \lesssim 10^{-10}$。对于$10^{-17}\lesssim m_b\,{\rm c^2/eV}\lesssim 10^{-15}$，空间任务LISA可探测红移$z=20$甚至更大处源的连续GW信号。