重新审视超新星产生的弥漫ALP背景

原中子星是超新星（SN）核心形成的高度致密天体，是轴子类粒子（ALP）的强源。在SN核心，ALP主要通过核子-核子轫致辐射和π介子转化产生，产生一个能量峰值在 $\mathcal{O}(100)\,\rm MeV$ 的ALP能谱。在这项工作中，我们重新审视了由所有过去核心坍缩超新星产生的弥漫ALP背景，并更新了来自费米-LAT观测的约束。假设SN 1987A冷却所允许的最大ALP-核子耦合，我们设定了ALP质量 $m_a\lesssim 10^{-10}\,\rm eV$ 时 $g_{a \gamma \gamma} \lesssim 2 \times 10^{-13}\,\rm GeV^{-1}$ 的上限，相比现有约束大约改进了一个因子。另一方面，对于 $m_a \gtrsim 10^{-10}\,\rm eV$，我们发现包含π介子转化会加强 $g_{a\gamma \gamma}$ 的约束，相比仅来自轫致辐射的约束大约增强了一个因子。此外，我们为未来实验如AMEGO-X、e-ASTROGAM、GRAMS-balloon、GRAMS-satellite和MAST呈现了灵敏度研究。我们发现MAST的预期约束将与费米-LAT约束相当。然而，SN 1987A约束仍然比当前和未来伽马射线望远镜导出的约束强一个数量级。