天体物理等离子体中轴子的广义射线追踪

射线追踪在黑洞成像、脉冲星发射机制建模以及推导超越标准模型物理的信号方面发挥着至关重要的作用。在这项工作中，我们关注射线追踪的一个具体应用，即预测中子星周围强磁化等离子体中轴子暗物质的共振转换所产生的射电信号。这些环境中低能光子的产生和传播对背景等离子体的各向异性响应和弯曲时空都很敏感；在此，我们采用一个能够处理这两种效应的完全协变框架。我们通过正向和反向射线追踪来实现这一点。在正向射线追踪中，光子在发射点采样并传播到无穷远，而在反向追踪方法中，光子从像平面向后追踪到产生点。我们探讨了先前工作中采用的各种近似，量化了引力、等离子体各向异性、中子星质量和半径的重要性，以及施加共振的适当运动学匹配。最后，利用更现实的磁星磁层电荷分布模型，我们重新审视了当前和未来射电及亚毫米波望远镜对来自银心磁星谱线的灵敏度，表明此类观测可将灵敏度扩展到轴子质量 $m_a \sim \mathcal{O}({\rm few}) \times 10^{-3}$ eV，甚至可能探测 QCD 轴子的参数空间。