磁星与类轴子粒子：基于硬X射线能谱的探测

中子星的宁静硬X射线与软伽马射线发射构成了探索类轴子粒子（ALPs）的一个有前景的前沿。核心中的ALP产生在几keV到几百keV的能量处达到峰值；随后，ALPs逃逸并在磁层中转换为光子。发射率随 $\sim T^6$ 变化，而转换概率在大磁场下增强，使得具有高核心温度和强磁场的磁星成为探测ALPs的理想目标。我们计算了磁层中ALPs转换所产生的光子能谱，随后将其与来自NuSTAR、INTEGRAL和XMM-Newton的硬X射线数据针对一组存在此类数据的八颗磁星进行比较。对ALP-核子与ALP-光子耦合的乘积给出了上限。对于核心中的产生，我们基于相对论平均场理论建模的简并核物质计算了ALP发射率。纳入了由于对单π交换近似的改进而导致的发射率降低，以及由于中子星核心中质子超流性引起的发射率抑制。考虑了一系列核心温度，对应于从核心到恒星表面的稳态传热的不同模型。对于随后的转换，我们求解了磁层中混合ALPs与光子的耦合微分方程。转换由偶极磁场与外部磁场引起的光子折射率之间的竞争导致。在完整数值结果之外给出了半解析表达式。我们还呈现了对由于磁星质量、核物质状态方程和质子超流临界温度的不确定性所导致的轴子极限不确定性的分析。