[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究在恒星演化模型中引入轴子，采用目前对轴子与光子及电子耦合最严格的约束条件，发现核心坍缩超新星（CCSN）前身星的最小质量增加了近 2 M$_\odot$。这一变化表明理论预测与观测结果之间可能存在张力。

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.

研究动机与目标

• 评估轴子对核心坍缩超新星（CCSN）前身星最小质量阈值的影响。
• 在恒星演化模型中纳入目前对轴子与光子及电子耦合最严格的约束条件。
• 研究轴子能量损失是否改变核心坍缩超新星形成所需最低质量的预测。
• 将模型预测的最小质量与核心坍缩超新星前身星的观测估计值进行比较。

提出的方法

• 构建了包含轴子通过与光子和电子耦合而发射的恒星演化模型。
• 模型应用了目前最新的实验和天体物理约束，针对轴子-光子和轴子-电子耦合常数。
• 利用来自量子色动力学和有效场论的理论截面计算了轴子发射导致的能量损失率。
• 模型追踪了恒星从主序到核心坍缩的演化过程，确定了铁核心坍缩发生的最小质量。
• 将结果与核心坍缩超新星前身星的观测估计值进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 轴子发射如何影响核心坍缩超新星所需的最小恒星质量？
• RQ2 在恒星演化模型中引入轴子后，最小前身星质量的偏移量有多大？
• RQ3 由于轴子导致的预测最小质量偏移是否与核心坍缩超新星前身星的观测约束一致？
• RQ4 目前对轴子与光子及电子耦合的最严格约束如何影响大质量恒星的演化与最终命运？

主要发现

• 在恒星演化模型中引入轴子后，核心坍缩超新星前身星的最小质量增加了近 2 M$_\odot$。
• 该偏移主要源于轴子发射导致的能量损失增强，从而加速了恒星演化并改变了核心质量的积累。
• 预测的最小前身星质量超过了当前的观测估计值，表明理论与观测之间可能存在张力。
• 在轴子与光子及电子耦合的最严格约束下，该结果依然稳健。