Звездная эволюция и аксионоподобные частицы: новые ограничения и указания из анализа шаровых скоплений в данных Gaia DR3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Аксионоподобные частицы (ALP) – это гипотетические псевдоскалярные бозоны, естественным образом появляющиеся в расширениях Стандартной модели. Их взаимодействие с обычной материей и излучением подавлено, что затрудняет их обнаружение в лабораторных экспериментах. Однако эти частицы, образующиеся в недрах звезд, могут обеспечивать дополнительный механизм потери энергии, потенциально влияя на звездную эволюцию. Известные методы поиска таких эффектов включают в себя измерение свойств красных гигантов и гелиевых звезд в шаровых скоплениях. Здесь мы используем опубликованные каталоги звезд, отобранных в качестве членов семи шаровых скоплений на основе параллаксов и собственных движений, измеренных инструментом Gaia (Data Realease 3). Используя ранее выведенные теоретические соотношения и новые данные, мы находим ограничение сверху на константу связи ALP с электронами, gae < 5.2 × 10−14 (95% CL), и указание (3.3σ) на ненулевую константу связи ALP с фотонами, gaγ = (6.5+1.1−1.3) × 10−11 ГэВ−1. Учитывая точность современных наблюдательных данных, в будущем необходимо уточнить ограничения на ALP с помощью более сложных анализов.

Об авторах

С. В Троицкий

Институт ядерных исследований РАН; МГУ имени М. В. Ломоносова

Email: st@ms2.inr.ac.ru
Физический факультет Москва, Россия

Список литературы

  1. G. G. Raffelt, Stars as laboratories for fundamental physics: The astrophysics of neutrinos, axions, and other weakly interacting particles, University of Chicago Press, Chicago (1996).
  2. L. Di Luzio, M.Fedele, M. Giannotti, F. Mescia, and E. Nardi, JCAP 02, 035 (2022).
  3. A. Caputo and G. Raffelt, PoS 454, 041 (2024).
  4. A. Renzini and F. F. Pecci, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 26, 199 (1988).
  5. T. Prusti, J. de Bruijne, A. Brown et al. (Gaia), Astron. Astrophys. 595, A1 (2016).
  6. A. Vallenari, A. Brown, T. Prusti et al. (Gaia), Astron. Astrophys. 674, A1 (2023).
  7. G. A. Gontcharov, A. V. Mosenkov, and M. Y. Khovritchev, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 483, 4949 (2019).
  8. G. A. Gontcharov, M. Y. Khovritchev, and A. V. Mosenkov, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 497, 3674 (2020).
  9. G. A. Gontcharov, M. Y. Khovritchev, A. V. Mosenkov, V. B. Il’in, A. A. Marchuk, S. S. Savchenko, A. A. Smirnov, P. A. Usachev, and D. M. Poliakov, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 508, 2688 (2021).
  10. G. A. Gontcharov, M. Y. Khovritchev, A. V. Mosenkov, V. B. Il’in, A. A. Marchuk, D. M. Poliakov, O. S. Ryutina, S. S. Savchenko, A. A. Smirnov, P. A. Usachev, J.-W. Lee, C. Camacho, and N. Hebdon, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 518, 3036 (2023).
  11. G. A. Gontcharov, C. J. Bonatto, O. S. Ryutina, S. S. Savchenko, A. V. Mosenkov, V. B. Il’in, M. Y. Khovritchev, A. A. Marchuk, D. M. Poliakov, A. A. Smirnov, and J. Seguine, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 526, 5628 (2023).
  12. G. A. Gontcharov, S. S. Savchenko, A. A. Marchuk, C. J. Bonatto, O. S. Ryutina, M. Y. Khovritchev, V. B. Il’in, A. V. Mosenkov, D. M. Poliakov, and A. A. Smirnov, Res. Astron. Astrophys. 24, 065014 (2024).
  13. H. Baumgardt and E. Vasiliev, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 505, 5957 (2021).
  14. P. Montegriffo, M. Bellazzini, F. De Angeli et al. (Gaia), Astron. Astrophys. 674, A33 (2023).
  15. E. B. Amoores, R. M. Jesus, A. Moitinho, V. Arsenijevic, R. S. Levenhagen, D. J. Marshall, L. O. Kerber, R. Künzel, and R. A. Moura, Mon. Not. R. Astron. Soc. 508, 1788 (2021).
  16. O. Straniero, C. Pallanca, E. Dalessandro, I. Domínguez, F. R. Ferraro, M. Giannotti, A. Mirizzi, and L. Piersanti, Astron. Astrophys. 644, A166 (2020).
  17. A. Ayala, I. Domínguez, M. Giannotti, A. Mirizzi, and O. Straniero, Phys. Rev. Lett. 113, 191302 (2014).
  18. G. Worthey and H.-C. Lee, Astrophys. J. Suppl. 193, 1 (2011).
  19. A. Recio-Blanco, G. Piotto, F. de Angeli, S. Cassisi, M. Riello, M. Salaris, A. Pietrinferni, M. Zoccali, and A. Aparicio, Astron. Astrophys. 432, 851 (2005).
  20. A. Serenelli, A. Weiss, S. Cassisi, M. Salaris, and A. Pietrinferni, Astron. Astrophys. 606, A33 (2017).
  21. L. Di Luzio, M. Fedele, M. Giannotti, F. Mescia, and E. Nardi, Phys. Rev. Lett. 125(13), 131804 (2020).
  22. F.Tognini, G. Valle, M. Dell’Omodarme, S. Degl’Innocenti, and P. G. Prada Moroni, Astron. Astrophys. 679, A75 (2023).
  23. M. J.Dolan, F. J. Hiskens, and R. R. Volkas, JCAP 10, 096 (2022).
  24. S. Navas, C. Amsler, T. Gutsche et al. (Particle Data Group), Phys. Rev. D 110, 030001 (2024).
  25. A. Mucciarelli, L. Lovisi, B. Lanzoni, and F. R. Ferraro, Astrophys. J. 786, 14 (2014).
  26. M. Salaris, M. Riello, S. Cassisi, and G. Piotto, Astron. Astrophys. 420, 911 (2004).
  27. I. G. Irastorza and J. Redondo, Prog. Part. Nucl. Phys. 102, 89 (2018).
  28. M. Libanov and S. Troitsky, Phys. Lett. B 802, 135252 (2020).
  29. L.-Q. Gao, X.-J. Bi, J. Li, and P.-F. Yin, arXiv:2407.20118 (2024).
  30. C. O’Hare, https://cajohare.github.io/AxionLimits/, July (2020).
  31. W. A. Terrano, E. G. Adelberger, J. G. Lee, and B. R. Heckel, Phys. Rev. Lett. 115, 201801 (2015).
  32. E. Aprile, K. Abe, F. Agostini et al. (XENONnT), Phys. Rev. Lett. 129, 161805 (2022).
  33. R. Ballou, G. Deferne, M.Finger et al. (OSQAR), Phys. Rev. D 92, 092002 (2015).
  34. V. Anastassopoulos, S. Aune, K. Barth et al. (CAST), Nature Phys. 13, 584 (2017).
  35. K. Altenmuüller, V. Anastassopoulos, S. Arguedas-Cuendis et al. (CAST), arXiv:2406.16840 (2024).
  36. D. Noordhuis, A. Prabhu, S. J. Witte, A. Y. Chen, F. Cruz, and C. Weniger, Phys. Rev. Lett. 131, 111004 (2023).
  37. M. Giannotti, I. G. Irastorza, J. Redondo, A. Ringwald, and K. Saikawa, JCAP 10, 010 (2017).
  38. S. V. Troitsky, JETP Lett. 105, 55 (2017).
  39. G. Galanti and M. Roncadelli, Universe 8, 253 (2022).
  40. G. Galanti, L. Nava, M. Roncadelli, F. Tavecchio, and G. Bonnoli, Phys. Rev. Lett. 131, 251001 (2023).
  41. S. V.Troitsky, Pis’ma v ZhETF 116, 745 (2022).
  42. S. Troitsky, JCAP 01, 016 (2024).
  43. M. A.Kudenko and S. V. Troitsky, JETP Lett. 119, 335 (2024).
  44. M. Simet, D. Hooper, and P. D. Serpico, Phys. Rev. D 77, 063001 (2008).
  45. M. Fairbairn, T. Rashba, and S. V. Troitsky, Phys. Rev. D 84, 125019 (2011).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).