用未来地面引力波探测器探测超轻暗物质
广义相对论与量子宇宙学
2021-12-10 v2 高能天体物理现象
高能物理 - 理论
摘要
超轻玻色子是可能的自然基本组成单元，也是有希望的暗物质候选者。它们可触发旋转黑洞（BH）的超辐射不稳定性，并形成通过发射引力波（GW）缓慢耗散能量的长寿命“玻色子云”。先前研究通过在 LIGO 数据中搜寻这些源发出的随机引力波背景（SGWB）来约束超轻玻色子，聚焦于最不稳定的偶极与四极模式。此处我们聚焦标量玻色子，并通过以下方面拓展先前工作：(i) 详细研究高阶模式在 SGWB 中的影响；(ii) 探索未来拟议的地面 GW 探测器，如中子星极端物质观测台、爱因斯坦望远镜与宇宙探险者，探测此 SGWB 的潜力。我们发现对于质量 eV 的玻色子，高阶模式在很大程度上主导 SGWB，这对未来 GW 探测器尤为相关。通过估算此 SGWB（源于恒星起源 BH 与假想的原始 BH 种群）的信噪比，我们发现未来地面 GW 探测器可观测或约束质量范围 eV 内的玻色子，并显著改进 LIGO 与 Virgo 观测所施加的当前与未来约束。
引用
@article{arxiv.2106.00021,
title = {Probing ultralight dark matter with future ground-based gravitational-wave detectors},
author = {Chen Yuan and Richard Brito and Vitor Cardoso},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.00021},
year = {2021}
}