射电/毫米波段中轴子暗物质的探测

我们讨论了通过两种机制探测轴子暗物质的方案：自发衰变与中子星磁层中的共振转换。对于衰变情形，我们指出亮度温度信号而非通量，是筛选候选天体时歧义更小的度量。这主要归因于望远镜有限的波束宽度，使其无法对来自天体的总通量敏感。鉴于此，我们认为银心或室女座星系团中心的大面密度提供了通过自发衰变改进当前轴子-光子耦合约束的最佳机会。对于中子星情形，我们首先对磁化等离子体中的混合进行了详细研究。我们通过受控梯度展开推导了轴子-光子系统的输运方程，从而能够处理任意动量下的非均匀质量壳层约束。随后我们推导了适用于相对论与非相对论轴子全范围的非微扰 Landau-Zener 转换概率公式，并表明标准微扰共振转换振幅是该结果在非绝热极限下的截断。我们的处理揭示，下落的暗物质轴子通常在磁层中非绝热地转换。我们描述了一维混合方程的局限性，并解释了三维效应如何激活新的光子偏振（包括纵模），且通过高维数值模拟说明了这些论点。我们发现射电信号带宽主要由中子星相对于观测者的相对运动引起的多普勒展宽主导。因此，我们得出结论：共振衰变产生的射电信号弱于此前的预期，这意味着必须依赖局部密度峰值来探测更弱的轴子-光子耦合。