轴子冷却辅助的中微子驱动爆炸：核心坍缩超新星多维模拟

在本研究中，我们首次给出了包含 QCD 轴子的多维核心坍缩超新星（CCSNe）模拟，以评估其对 CCSN 爆炸机制的影响。我们通过核子-核子轫致辐射发射通道将轴子纳入模拟，并假设轴子发射后自由流走，将其作为纯能量汇项。我们进行了球对称（1D）和轴对称（2D）模拟。在 1D 中，我们采用参数化加热方案实现爆炸；而在 2D 中，我们通过中微子加热机制自洽地实现爆炸。我们对一颗 $20 M_\odot$ 前身星的 2D 结果表明，当 Peccei-Quinn 能量尺度 $f_a \leq 2 \times 10^8$ GeV 时，轴子发射对激波行为与爆炸时间产生影响。轴子发射导致的强冷却加速了核心的收缩，并带来更高效的中微子加热与更早的爆炸。对于所采用的轴子发射形式，影响爆炸的 $f_a$ 值接近但基于 SN1987A 探测中微子得到的当前限制存在张力。然而，鉴于发射的非线性行为与 CCSNe 的多维性质，我们指出需要一种自洽的多维 CCSNe 模拟方法（包含任何晚期吸积与冷却）来充分探索来自超新星的轴子界限及其对 CCSN 爆炸机制的影响。