下一代引力波探测器对自互动标量超辐射的观测前景

当前和下一代引力波探测器可能揭示新的准轻子。通过超辐射过程，这些理论粒子候选物可以在天体物理黑洞周围形成云，并导致可检测的引力波辐射。在未检测到任何事件的情况下，基于LIGO-Virgo-KAGRA数据的约束——取决于天体物理假设——已对玻色子质量进行了推导。然而，迄今为止对准轻标量的搜索未充分考虑粒子之间的自互动作用。对于许多标量模型（包括类似轴子的暗物质候选者和弦轴子），普遍存在能够显著改变超辐射动力学的自互动作用。我们实现了可用的最完整的自互动作用处理，以确定从超辐射标量云中预期的引力波信号，重新审视了过去针对银河系X-1黑洞的引力波搜索所得的约束。我们还投射了下一代引力波探测器在标量粒子参数空间（质量-耦合平面）的覆盖范围。我们发现，虽然所提议的探测器覆盖范围不足以到达能够阻止黑洞自转的自互动作用，但下一代探测器对于扩展搜索范围（超越引力参数空间）至关重要，能够覆盖质量为约$10^{-13}-10^{-12}$ eV/c$^2$，耦合为$\gtrsim 10^{17}$ GeV的参数尺度。