XENON1T 超出来自无反常 ALP 暗物质及其对恒星冷却反常的启示

近期，在 XENON1T 实验收集的电子反冲数据中发现了一个反常超出。若该轴子类粒子（ALP）构成全部或部分本地暗物质（DM），则其质量为数 keV、与电子的耦合为 $g_{ae} \sim 10^{-13}$ 时可解释该超出。为满足 X 射线约束，ALP 与光子的耦合必须相较与电子的耦合被显著压低。这强烈暗示 ALP 不存在与光子的反常耦合，即不存在 U(1)$_{\rm PQ}$-U(1)$_{\rm em}$-U(1)$_{\rm em}$ 反常。我们表明，此类无反常 ALP DM 通过阈值修正产生的算符预言了一条具有确定强度的 X 射线线信号，并将其与 ATHENA X 射线天文台的预期灵敏度进行比较。ALP DM 的丰度可由错位机制解释，若其构成 DM 的一部分也可由热产生解释。特别地，我们发现当 ALP 构成约 10% 的 DM 时，XENON1T 实验报道的反常超出以及来自白矮星与红巨星的恒星冷却反常可同时得到更好的解释。作为具体模型，我们重访了 [Phys.Lett.B 734 (2014) 178-182] 中考虑的轻子亲和的无反常 ALP DM，以及补充材料中基于双 Higgs 二重态模型的 ALP 模型。