来自天体物理黑洞自旋的超轻玻色场质量界限
高能物理 - 唯象学
2020-09-16 v1 广义相对论与量子宇宙学
高能物理 - 理论
摘要
随着 LIGO 对双黑洞并合的观测，引力波天文学新时代中黑洞测量已显著增长。尚未被观测到的有质量超轻玻色场代表了标准模型拓展中最令人兴奋的特征之一，能够为粒子物理与宇宙学中的众多范式问题提供解决方案。本工作中，我们探索了自旋天体物理黑洞及其角动量向玻色凝聚体的能量转移所给出的界限，该凝聚体可通过超辐射不稳定性在黑洞周围形成。利用近期解析结果，我们借助大量黑洞参数测量的宽松集合进行了简化分析，发现超辐射非常普遍地排除了以下质量区间的玻色场：自旋-0：{3.8×10−14 eV≤μ0≤3.4×10−11 eV,5.5×10−20 eV≤μ0≤1.3×10−16 eV,2.5×10−21 eV≤μ0≤1.2×10−20 eV}，自旋-1：{6.2×10−15 eV≤μ1≤3.9×10−11 eV,2.8×10−22 eV≤μ1≤1.9×10−16 eV} 以及自旋-2：{2.2×10−14 eV≤μ2≤2.8×10−11 eV,1.8×10−20 eV≤μ2≤1.8×10−16 eV,6.4×10−22 eV≤μ2≤7.7×10−21 eV}。我们还在具体现象学模型的背景下探讨了这些界限，特别是 QCD 轴子、M-理论模型以及处于当前界限边缘的模糊暗物质。我们尤其纳入了事件 GW190521 与 M87* 的近期测量，用于约束类轴子场的品质因子与衰变常数。最后我们给出一个自旋-0 与自旋-1 情形的场谱的简单示例。
引用
@article{arxiv.2009.07206,
title = {Ultralight Bosonic Field Mass Bounds from Astrophysical Black Hole Spin},
author = {Matthew J. Stott},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.07206},
year = {2020}
}
备注
22 pages, 6 figures, 10 tables