[论文解读] 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 4

一句话总结

本文研究了活动星系核（AGN）中轴子和赝标量粒子的辐射，发现吸积盘中轴子的直接产生可忽略不计。然而，通过磁场混合，光子在AGN大气中可转化为赝标量粒子，导致在紫外/可见光频段的赝标量通量超过光子通量，为类星体光学极化的大尺度对齐现象提供了自洽的解释。

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.

研究动机与目标

• 评估AGN吸积盘中通过康普顿、轫致辐射和普里马科夫过程产生的轴子光度。
• 研究AGN磁场中赝标量-光子混合是否能产生可观测的赝标量通量。
• 评估显著的赝标量通量是否可解释类星体光学极化的大尺度对齐现象。
• 在包含消光和磁场效应的真实天体物理条件下，比较赝标量与光子的相对强度。

提出的方法

• 利用轴子-电子和轴子-光子耦合参数，计算了通过康普顿、轫致辐射和普里马科夫过程在吸积盘中产生的轴子光度。
• 利用磁化电浆中混合概率，评估了在背景磁场中通过光子到赝标量粒子转换产生的赝标量产生。
• 使用薄盘模型，结合径向和垂直方向的密度与温度分布，对吸积盘结构中的发射率进行积分。
• 建模了光子和赝标量在AGN大气中的强度演化，包括光学深度τ = 0.1的消光效应。
• 采用DFSZ轴子模型，f_PQ ≥ 10^8 GeV，以约束g_aee和g_aγγ耦合常数。
• 评估了不同磁场强度和耦合参数下，赝标量与光子强度之比随频率的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 AGN吸积盘中通过康普顿、轫致辐射和普里马科夫过程产生的轴子光度是多少？
• RQ2 AGN磁场中赝标量-光子混合是否能产生超过光子通量的可观测赝标量通量？
• RQ3 AGN中显著的赝标量通量是否能为类星体光学极化的观测大尺度对齐现象提供自洽解释？
• RQ4 消光和磁场强度如何影响AGN环境中赝标量与光子的相对强度？

主要发现

• AGN吸积盘中通过康普顿、轫致辐射和普里马科夫过程产生的轴子光度可忽略不计，L_comp ≈ 9.7 × 10^29 erg/s，远低于典型AGN的光子光度。
• AGN大气中光子转化为赝标量粒子产生的赝标量通量在紫外/可见光频段可超过光子通量，当ω ≈ 5×10^16至10^17 Hz时，最高可达光子通量的三倍。
• 对于零质量赝标量粒子和g_φγγ = 10^-10 GeV^-1的情况，高频频段的赝标量强度比光子强度高出一个数量级。
• 当赝标量质量与电浆频率共振匹配时，赝标量通量可能进一步增强，从而提高可探测辐射的可能性。
• RQ/O类星体（低极化）与BAL类星体（极化分布较宽）之间观测到的极化分布差异，与BAL类星体中赝标量-光子通量比更高一致。
• 当赝标量通量主导于光子时，可通过室女超星系团磁场中赝标量到光子的转换，为大尺度极化对齐现象提供自洽解释。