在活动星系核喷流中探测宇宙类轴子粒子背景

轴子或更一般地类轴子粒子（ALPs）是许多超出粒子物理标准模型（SM）的扩展所预言的赝标量粒子，并被视为宇宙中暗物质（DM）的可行候选者。若它们确实存在于自然界中，则预期在外部电磁场存在下通过一种 Primakoff 效应形式与光子耦合。此外，许多早期宇宙的弦理论模型支持了具有 0.1–1 keV 能量的均匀宇宙 ALP 背景（CAB）的存在，类似于宇宙微波背景（CMB），其由极早期宇宙中弦理论模的衰变产生。在宇宙磁场中传播的 CAB ALPs 与光子之间的耦合使得 ALPs 与光子相互振荡。在本工作中，我们利用 M87 喷流环境检验了为解释 Coma 星系团中由 CAB ALPs 转化为光子所致的软 X 射线超出而提出的 CAB 模型。随后我们展示了活动星系核（AGNs）喷流环境探测低质量 ALP 模型、并潜在约束该用于更好解释 Coma 星系团软 X 射线超出的模型的潜力。我们发现，只要 M87 喷流与视线方向的偏离小于约 20 度，对于质量 $m_a \lesssim 10^{-13}$ eV 的 ALP，M87 AGN 的整体 X 射线辐射要求 ALP–光子耦合 $g_{a\gamma}$ 处于 $\sim7.50\times 10^{-15}-6.56\times 10^{-14}$ GeV$^{-1}$ 范围内。这些数值比 Coma 星系团软 X 射线超出 CAB 模型当前最佳拟合值 $g_{a\gamma}\sim 2\times 10^{-13}$ GeV$^{-1}$ 小至多一个数量级。我们的结果令当前 $g_{a\gamma}$ 最大允许值的限制受到质疑，并建议在存在 CAB 时一个新的约束：$g_{a\gamma}\lesssim 6.56\times 10^{-14}$ GeV$^{-1}$。