[論文レビュー] Axion luminosity of Active Galactic Nuclei

Pankaj Jain, Subhayan Mandal|ArXiv.org|Oct 16, 2009

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、活動銀河核（AGN）からのアキソンおよび擬スカラー粒子の放射を調査し、降着円盤内での直接的アキソン生成は無視できるほど小さいことを明らかにした。しかし、磁場を介した光子-擬スカラー混合により、AGNの大気中で光子から擬スカラーへの変換が起こり、紫外・可視周波数帯で擬スカラーの放射強度が光子のそれを超える可能性がある。これは、クェーサーの光学的偏光の大規模な整列を一貫して説明する手がかりを提供する。

ABSTRACT

We compute the flux of axions from Active Galactic Nuclei (AGN). Axions can be produced in the accretion disk by the Compton, Bremsstrahlung and Primakoff processes. We find that the axion luminosity due to these processes is negligible in comparison to the photon luminosity from AGNs. We also compute the luminosity of a hypothetical pseudoscalar, with very small mass, from the AGN atmosphere due to the phenomenon of pseudoscalar-photon mixing in background magnetic field. In this case we find that for some parameter ranges, the pseudoscalar flux can exceed that of photons. We comment on the implications of this result on the observed large scale alignment of optical polarizations from AGNs.

研究の動機と目的

• AGN降着円盤内でのコンプトン、ブレムストラールおよびプライマコフ過程によるアキソン生成の全放射光度を評価すること。
• AGNの磁場中における擬スカラー-光子混合が、検出可能な擬スカラー放射強度を生じるかどうかを調査すること。
• 顕著な擬スカラー放射強度が、クェーサーの観測された大規模な光学的偏光整列を一貫して説明できるかどうかを評価すること。
• 消光および磁場効果を含む現実的な天体物理学的条件下で、擬スカラーと光子の強度比を比較すること。

提案手法

• アキソン-電子およびアキソン-光子結合定数をパrameter化した、コンプトン、ブレムストラールおよびプライマコフ過程の放射率を用いて、降着円盤からのアキソン全放射光度を計算した。
• 磁化プラズマ中の混合確率を用いて、背景磁場内での光子から擬スカラーへの変換による擬スカラー生成を評価した。
• 半径方向および高さ方向の密度および温度プロファイルを持つ薄い円盤モデルを用い、降着円盤構造全体にわたる放射率を統合した。
• 消光効果（τ = 0.1）を含めたAGN大気中を通過する光子および擬スカラーの強度変化をモデル化した。
• f_PQ ≥ 10^8 GeV であるDFSZアキソンモデルを用い、g_aeeおよびg_aγγ結合定数を制約した。
• 異なる磁場強度および結合定数パラメータに対して、周波数依存の擬スカラー強度と光子強度の比を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGN降着円盤内でのコンプトン、ブレムストラールおよびプライマコフ過程によるアキソン全放射光度はどの程度か？
• RQ2 AGNの磁場中における擬スカラー-光子混合が、光子の放射強度を超える検出可能な擬スカラー放射強度を生じるか？
• RQ3 AGNからの高い擬スカラー放射強度が、クェーサーの光学的偏光の大規模な整列を一貫して説明できるか？
• RQ4 消光および磁場強度は、AGN環境における擬スカラーと光子の相対的強度にどのように影響するか？

主な発見

• AGN降着円盤内でのコンプトン、ブレムストラールおよびプライマコフ過程によるアキソン全放射光度は無視できるほど小さく、L_comp ≈ 9.7 × 10^29 erg/s であり、典型的なAGNの光子全放射光度に比べて著しく小さい。
• AGNの大気中における光子から擬スカラーへの変換により、紫外・可視周波数帯で擬スカラーの放射強度が光子のそれを超える可能性がある。周波数が ω ≈ 5×10^16 から 10^17 Hz の範囲では、最大で3倍まで上回る。
• 擬スカラー質量がゼロで g_φγγ = 10^-10 GeV^-1 の場合、高周波数帯で擬スカラー強度が光子強度を1桁上回る。
• 擬スカラー質量がプラズマ周波数と一致する共鳴的混合により、さらに擬スカラー放射強度が増幅され、検出可能な放射の可能性が高まる。
• RQ/Oクェーサー（低偏光）とBALクェーサー（広帯域の偏光分布）の観測された偏光分布の違いは、BALクェーサーにおいて擬スカラー対光子強度比がより高いことと整合的である。
• 擬スカラー放射強度が光子を上回る場合、バービオスーパークラスタの磁場中における擬スカラーから光子への変換を通じて、大規模な偏光整列を一貫して説明可能となる。