利用精确黑洞物理探索弦轴子宇宙
高能物理 - 理论
2011-08-17 v2 宇宙学与河外天体物理
广义相对论与量子宇宙学
高能物理 - 唯象学
摘要
近期有观点提出，大量轻轴子的存在（即轴子宇宙）是弦理论额外维度的证据。我们讨论了这些轴子通过彭罗斯超辐射过程对天体物理黑洞产生的观测效应。当轴子的康普顿波长与黑洞大小相当时，轴子会与黑洞“核”结合，在天空中形成引力原子。由黑洞的能量和角动量供给的超辐射原子能级的占据数呈指数增长。黑洞自旋减慢，其周围形成轴子玻色-爱因斯坦凝聚云。当轴子间的吸引性自相互作用强于引力结合能时，轴子云坍缩，这种现象在凝聚态物理中被称为“Bosenova”。轴子的存在首先通过天体物理黑洞的质量-自旋图中的空隙来诊断。对于年轻黑洞，允许的自旋值是量子化的，在空隙区域内产生“Regge轨迹”。轴子云也可以通过近视界几何的精确测绘，或通过来自Bosenova爆炸的引力波，以及引力原子中的轴子跃迁和湮灭来直接观测。我们的估计表明，这些信号在即将进行的实验中是可探测的，例如Advanced LIGO、AGIS和LISA。当前的黑洞自旋测量意味着QCD轴子衰变常数的上限为2 x 10^17 GeV，而Advanced LIGO可以探测到衰变常数低至GUT尺度的QCD轴子云信号。最后，我们讨论了观测与Bosenova爆炸相关的伽马射线的可能性，或许还有QCD轴子轴子-光子转换产生的无线电波。
引用
@article{arxiv.1004.3558,
title = {Exploring the String Axiverse with Precision Black Hole Physics},
author = {Asimina Arvanitaki and Sergei Dubovsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:1004.3558},
year = {2011}
}
备注
54 pages, 15 figures; v2: PRD version, small correction in eq. 48 and 53 as well as fig. 10, conclusions unchanged