[論文レビュー] Impact of Axions on the Minimum Mass of Core Collapse Supernova Progenitors

Inma Domínguez, Maurizio Giannotti+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2018

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、光子および電子への結合に関する現在最も厳しい制約を用いて、axionを星の進化モデルに組み込み、核心崩壊超新星（CCSN）の前身星の最小質量がほぼ 2 M$_\odot$ 増加することを明らかにした。このシフトは、観測された最小前身星質量との潜在的な矛盾を示唆している。

ABSTRACT

In this study we include axions in stellar evolution models adopting the current stringest constraints for their coupling to photons and electrons. We obtain that the minimum stellar mass of Core Collapse Supernova (CCSN) progenitors is shifted up by nearly 2 M$_\odot$. This result seems to be in tension with the observationaly derived minimum mass of CCSN progenitors.

研究の動機と目的

• axionが核心崩壊超新星（CCSN）の前身星の最小質量閾値に与える影響を評価すること。
• 星の進化モデルに、光子および電子へのaxion結合に関する最新のきつい制約を組み込むこと。
• axionによるエネルギー損失が、CCSN形成の予測される下限質量にどのように影響するかを調査すること。
• モデル予測の最小質量を、CCSNの前身星に関する観測的推定値と比較すること。

提案手法

• axionの光子および電子への結合による放射を含む星の進化モデルを構築した。
• axion-光子およびaxion-電子結合定数に関する最新の実験的および天体物理学的制約をモデルに適用した。
• 量子色力学および有効場理論から導かれた理論的断面積を用いて、axion放射によるエネルギー損失率を計算した。
• 主系列から核心崩壊に至る星の進化を追跡し、鉄核の崩壊が発生する最小質量を特定した。
• 結果をCCSNの前身星に関する観測的推定値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 axion放射は、核心崩壊超新星に必要な最小星の質量にどのように影響するか？
• RQ2 axionを星の進化モデルに組み込むと、最小前身星質量はどの程度シフトするか？
• RQ3 axionによる予測される最小質量のシフトは、CCSNの前身星に関する観測的制約と整合するか？
• RQ4 axion結合に関する現在最も厳しい制約は、大質量星の進化と運命にどのように影響するか？

主な発見

• 星の進化モデルにaxionを組み込むと、核心崩壊超新星の前身星の最小質量がほぼ 2 M$_\odot$ 増加する。
• このシフトは主に、axion放射によるエネルギー損失の増加に起因し、星の進化が加速され、コア質量の蓄積が変化するためである。
• 予測される最小前身星質量は、現在の観測的推定値を上回っており、理論と観測の間の潜在的な矛盾を示唆している。
• axionが光子および電子と結合する際の最もきつい制約のもとでも、この結果は安定している。