光子穿过磁星宿主轴子云：时间延迟与偏振约束

伽马射线暴（GRBs）与高能中微子之间的时间偏移为极端天体物理环境中的传播效应提供了有用的探针。我们研究了这种偏移是否可以通过光子穿过引力束缚于磁星的稠密轴子云而产生。在轴子电动力学的框架内，考虑高阶圈真空极化效应（等效于非线性Euler-Heisenberg理论，以增强由轴子扇区扩展的磁场效应），我们推导了在强磁场背景和振荡轴子场存在下的修正光子色散关系。我们表明，轴子-光子混合将磁化真空转变为各向异性的双折射介质，导致依赖于几何结构的亚光速传播偏差和运动学时间延迟，对于$\mathbf{k}\perp\mathbf{B}$，该延迟可达$\Delta t_{\perp}\simeq1.33\times10^{-12}\,\mathrm{s}$。尽管这一效应比弥漫天体物理背景中预期的延迟大许多个数量级，但它仍然太小，无法解释当前多信使候选体中讨论的宏观偏移。我们表明，相同的双折射介质约束了瞬发GRB辐射固有线偏振的存活性，对于基准磁星尺度参数和接近$m_a\sim10^{-4}\,\mathrm{eV}$的轴子质量，给出了环境约束$g_{a\gamma\gamma}\lesssim6.02\times10^{-14}\,\mathrm{GeV}^{-1}$。磁星宿主轴子云作为一个具有色散输运和偏振可观测量的互补环境出现。尽管光通过这种轴子介质的色散并未带来足够的GRB延迟以排除其作为洛伦兹不变性破坏的解释，但其他可测量量明确指示了手性介质的存在，并共同探测了轴子电动力学的细节。