XMM-Newton 天文台 X 射线观测中潜在的太阳轴子信号
高能天体物理现象
2014-09-16 v2
摘要
在 ESA 的 XMM-Newton 天文台背景下，评估了地球磁场中由太阳轴子产生的软 X 射线通量。近期关于轴子转换 X 射线散射的计算表明，向阳磁层可能是 0.2-10 keV 光子的可观测源。对于 XMM-Newton 而言，任何转换 X 射线强度都将因向阳磁场区域可见度的变化而呈现季节性调制。我们将一个简单的地磁场模型与 XMM-Newton 的星历表相结合，以预测转换 X 射线强度的季节性变化。将该模型与已系统移除点源的堆叠 XMM-Newton 空天数据集进行了比较。值得注意的是，观测到了季节性变化的 X 射线背景信号。EPIC 计数率之比等于其 X 射线收集面积之比，表明存在非仪器性的外部光子源，其显著性分别为 11(pn)、4(MOS1) 和 5(MOS2) sigma。在从空间、时间及宇宙 X 射线背景方面检查了组成观测数据后，我们得出结论：该可变信号与地球磁场中太阳轴子的转换一致。能谱与以轫致辐射和类康普顿过程为主的太阳轴子能谱一致，即轴子 - 电子耦合主导轴子 - 光子耦合，且轴子能谱峰值低于 1 keV。对于微电子伏特范围内的轴子质量，推导出的轴子 - 光子与轴子 - 电子耦合常数之积为 2.2e-22 /GeV。与白矮星冷却导出的限制进行比较可能不适用，因为这些限制针对的是 0.01 eV 范围内的轴子。本文还给出了搜索轴子转换 X 射线谱线的初步结果，特别是太阳核心中硅、硫和铁导致的预测特征，以及来自 57Fe 的 14.4 keV 跃迁谱线。
引用
@article{arxiv.1403.2436,
title = {Potential solar axion signatures in X-ray observations with the XMM-Newton observatory},
author = {G. W. Fraser and A. M. Read and S. Sembay and J. A. Carter and E. Schyns},
journal= {arXiv preprint arXiv:1403.2436},
year = {2014}
}
备注
Accepted for publication in MNRAS. 67 pages total, including 39 figures, 6 tables