来自宇宙轴子背景的 Coma 星系团软 X 射线超

我们表明，Coma 星系团中的软 X 射线超可以用相对论性轴子在星系团磁场中转换为光子所产生的宇宙背景来解释。我们提供了关于星系团软 X 射线超、已提出的天体物理解释及其面临问题的详细且自洽的综述，并解释了在早期宇宙的许多弦论模型中，0.1-1 keV 的轴子背景如何在再加热阶段自然产生。我们通过数值模拟将轴子在随机的多尺度磁场模型中传播来研究软超的形态，这些磁场模型与来自 Coma 的法拉第旋转测量观测结果一致。通过与 ROSAT 对 0.2-0.4 keV 软超的观测进行比较，我们发现对于 $g_{a\gamma\gamma} \sim 2 \times 10^{-13}$ GeV$^{-1}$，很容易重现总的超光度。由此产生的形态对磁场功率谱高度敏感。对于高斯磁场模型，观测到的软超形态倾向于相干长度在 ${\cal O}(3 {\rm ~kpc})$ 尺度上拥有大部分功率的磁场谱，而非那些在 ${\cal O}(12 {\rm ~kpc})$ 尺度上拥有大部分功率的谱。在此情景下，我们将轴子背景的平均能量限制在 $50\, {\rm eV}\lesssim \langle E_a \rangle \lesssim 250\, {\rm eV}$，轴子质量限制在 $m_a \lesssim 10^{-12}\,\hbox{eV}$，并推导出轴子 - 光子耦合的下限 $g_{a\gamma\gamma} \gtrsim \sqrt{0.5/\Delta N_{\rm eff}}\, 1.4 \times 10^{-13}$ GeV$^{-1}$。