全局弦网络的谱与轴子暗物质质量

在后暴胀 Peccei-Quinn 对称性破缺场景中产生的冷暗物质轴子，是其实验探测的明确目标，因为一旦我们精确理解它们如何从早期宇宙中的全局宇宙弦衰变产生，原则上就可以对其质量给出精确的预测。本文基于对静态格点上 Peccei-Quinn 场宇宙学演化的大规模数值模拟，对弦辐射出的轴子谱进行了专门分析。充分利用大规模并行代码和计算资源，我们执行了高达 $11264^3$ 格点的模拟，这使我们能够更好地理解结果对控制弦张力的参数的依赖性，从而对数值结果进行更准确的外推。我们发现，先前的工作中忽略了一些系统性效应，例如对初始条件的依赖性、谱中振荡造成的污染以及离散化效应，其中一些效应可以解释文献中的差异。我们确认了轴子发射谱的谱指数随弦张力增加而增加的趋势，但由于严重的离散化效应，未能找到明确证据表明它是继续增加还是在更大的弦张力下饱和为常数。考虑到这一不确定性，并采用简单的幂律假设对谱进行外推，我们发现暗物质质量被预测在 $m_a \approx 95$-$450\,\mu\mathrm{eV}$ 范围内。