利用未来X射线天文台超越标准模型物理: Athena与AXIS对极轻类轴子粒子的预期约束
高能天体物理现象
2023-07-05 v2 宇宙学与河外天体物理
星系天体物理
天体物理仪器与方法
高能物理 - 唯象学
摘要
类轴子粒子(ALPs)是粒子物理标准模型的良好动机扩展,也是某些弦理论的普遍预言。对富星系团宿主亮活动星系核(AGN)的X射线观测是探测质量 log(m_a/eV) < -12.0 的极轻ALPs的优良探针。我们评估未来X射线天文台特别是 Athena 与拟议的 AXIS 通过观测团宿主AGN约束ALPs的潜力,以Perseus团中的NGC 1275为例。在仪器定标完全已知的假设下,我们显示 Athena 对NGC 1275的适度曝光(200-ks)允许我们在95%水平排除所有光子-ALP耦合 g_aγ > 6.3 × 10^{-14} GeV^{-1},如 Conlon et al. (2018) 先前所示,代表相对当前极限10倍的改进。我们随后通过应用标准 Cash 似然过程评估真实定标不确定度对 Athena 预期的影响,显示对 g_aγ 的预期约束弱化10倍(回到当前最灵敏约束)。然而,我们展示深度神经网络如何能解开仪器失定标与光子-ALP混合引起的能量相关特征,使我们恢复对ALP物理的大部分灵敏度。在我们的显式演示中,应用的机器学习允许我们排除 g_aγ > 2.0 × 10^{-13} GeV^{-1},补充了下一代ALP暗物质双折射腔搜寻对极轻ALPs的预期约束。最后,我们显示 AXIS 对NGC 1275的200-ks轴上观测将把当前最佳极轻ALPs约束收紧3倍。
引用
@article{arxiv.2211.05136,
title = {Physics Beyond the Standard Model with Future X-ray Observatories: Projected Constraints on Very-Light Axion-Like Particles with $Athena$ and $AXIS$},
author = {Júlia Sisk-Reynés and Christopher S. Reynolds and Michael L. Parker and James H. Matthews and M. C. David Marsh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.05136},
year = {2023}
}
备注
22 pages, 10 figures, 3 tables. Accepted for publication at the Astrophysical Journal. Comments welcome