黑洞作为宇宙弦探测和轴子暗物质产生的催化剂

为解决强 CP 问题而提出的全局 $U_{PQ}(1)$ Peccei-Quinn（PQ）对称性预言了轴子的存在——一种伪 Nambu-Goldstone 玻色子，也是领先的暗物质候选者。该对称性的自发破缺产生全局弦，其衰变主要通过发射大质量轴子和引力波进行。在本工作中，我们研究了 Schwarzschild 黑洞附近宇宙轴子弦的衰变，并估算了由此产生的弦环的能量损失和衰变时间尺度。对于质量小至 $10^{-16} M_\odot$ 的原初黑洞（PBH），弦辐射的总能量被发现约为 $10^{27}$ GeV，涵盖轴子发射和引力波。一个关键发现是，中心黑洞的存在显著加速了宇宙弦环的衰变，大幅缩短了其寿命。我们将这些结果作为 PBH-宇宙弦系统中轴子辐射的初步估计，并将衰变时间作为轴子弦的重要观测特征。