暗物质轴子团块的并合与共振光子发射

一部分轻标量暗物质，尤其是轴子，可能组织成引力束缚的团块（星），并在当今星系中大量存在。因此，确定该情形是否存在新颖的观测特征具有极其重要的意义。已有研究表明，对于中等较大的轴子-光子耦合，此类团块可对上述光子发生参数共振，其临界质量 $M^{\star}_c$ 由我们部分作者在文献[1]中精确确定。要在当今星系中获得高于临界质量的团块，需要发生并合。本工作中，我们对轴子团块对进行了全三维模拟，确定了在标量波发射下发生并合的条件，包括分析对心与非对心碰撞、相位依赖性和相对速度。与文献中其他工作一致，我们发现并合后的最终质量 $M^{\star}_{\text{final}}\approx 0.7(M^{\star}_1+M^{\star}_2)$ 大于各原始团块质量（当 $M^{\star}_1\sim M^{\star}_2$ 时）。因此，亚临界质量团块可以并合并成为超临界的，从而经历向光子的参数共振。我们发现，对于高 Peccei-Quinn 标度，当今星系中的并合在运动学上是允许的，而统一思想强烈暗示了高标度，尽管碰撞率很小。而对于较低 Peccei-Quinn 标度的轴子，由于相对速度的统计涨落，尽管其碰撞率高，并合也可能发生。我们估算了当今银河系内的碰撞与并合率。我们发现并合导致的到达地球的能量通量可能相当可观，并提及了观测搜寻策略。