Observational Possibility of Dark Matter Axion by Non-linear Growth of Fluctuations

通过波动的非线性增长观测暗物质轴子的可能性

基本信息

批准号：
19J12936
负责人：
園元英祐
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年までの研究により Ultra-Light Axion-like Particle (ULAP) がオシロンという長寿命なソリトンを形成し得ることがわかった。そこで本年は、形成されたオシロンを用いて ULAP のパラメータ領域に制限をかけることを目的として研究を行い、以下の二つの成果を得ることができた。一つ目は、オシロンが作る密度ゆらぎのパワースペクトラムの解析解を求めたことである。オシロンは、オシロン形成時のホライズン以下のスケールで大きなゆらぎを作るため、このゆらぎに着目することでオシロンを何らかの観測と結びつけられる可能性があった。そこで、オシロンのゆらぎの作るパワースペクトラムの定量的な見積もりをまずは行い、その結果が数値シミュレーションの結果と一致することを確認した。二つ目は、21cm 線と呼ばれる、中性水素の陽子・電子間のスピン相互作用によって分裂したエネルギー準位間の遷移によって放出される光子に着目することで、探索可能な ULAP のパラメータ領域に制限を付けたことである。今回は、小スケールの大きなゆらぎ観測手法として、背景光が中性水素に吸収されることによって生じる 21cm 線の吸収線を用いた。オシロンの存在によってこれらの吸収線の量がどの程度変化するかを計算することで、21cm 線の観測によって制限可能な ULAP のパラメータ領域を得ることができた。以上の結果は、二本の論文として Journal of Cosmology and Astroparticle Physics に掲載されている。

直到去年进行的研究表明，超轻轴子粒子（ULAP）可以形成称为振荡的长寿命孤子。因此，今年我们进行了研究，旨在利用形成的振荡来限制ULAP的参数范围，并获得了以下两个结果。第一步是找到 Oscilon 产生的密度波动功率谱的解析解。奥西隆在形成时会在地平线以下产生较大的波动，因此通过关注这些波动，可以将奥西隆与某种观测联系起来。因此，我们首先定量估计了振荡波动产生的功率谱，并确认结果与数值模拟的结果相匹配。第二种方法是关注21cm线，它是中性氢中质子和电子之间的自旋相互作用分裂的能级跃迁所发射的光子，以扩大可探索的ULAP参数范围，因为那里。是限制。这次，我们利用背景光被中性氢吸收时产生的21cm吸收线作为小尺度大尺度波动观测方法。通过计算这些吸收线的数量由于振荡的存在而变化多少，我们能够获得可以通过观察21cm线来限制的ULAP的参数范围。上述结果已发表在《宇宙学杂志》和《天体粒子物理学杂志》上的两篇论文中。