undefined

Merger of dark matter axion clumps and resonant photon emission

Julkaisuvuosi

2020

Tekijät

Hertzberg, Mark P.; Li, Yao; Schiappacasse, Enrico D.

Tiivistelmä

A portion of light scalar dark matter, especially axions, may organize into gravitationally bound clumps (stars) and be present in large number in the galaxy today. It is therefore of utmost interest to determine if there are novel observational signatures of this scenario. Work has shown that for moderately large axion-photon couplings, such clumps can undergo parametric resonance into photons, for clumps above a critical mass Mਮc determined precisely by some of us in ref. [1]. In order to obtain a clump above the critical mass in the galaxy today would require mergers. In this work we perform full 3-dimensional simulations of pairs of axion clumps and determine the conditions under which mergers take place through the emission of scalar waves, including analyzing head-on and non-head-on collisions, phase dependence, and relative velocities. Consistent with other work in the literature, we find that the final mass from the merger Mਮfinal≈ 0.7(Mਮ1+Mਮ2) is larger than each of the original clump masses (for Mਮ1∼ Mਮ2). Hence, it is possible for sub-critical mass clumps to merge and become super-critical and therefore undergo parametric resonance into photons. We find that mergers are expected to be kinematically allowed in the galaxy today for high Peccei-Quinn scales, which is strongly suggested by unification ideas, although the collision rate is small. While mergers can happen for axions with lower Peccei-Quinn scales due to statistical fluctuations in relative velocities, as they have a high collision rate. We estimate the collision and merger rates within the Milky Way galaxy today. We find that a merger leads to a flux of energy on earth that can be appreciable and we mention observational search strategies.
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Helsingin yliopisto

Schiappacasse Enrico D.

Jyväskylän yliopisto

Schiappacasse Enrico Orcid -palvelun logo

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Volyymi

2020

Numero

7

Artikkelinumero

067

Julkaisu­foorumi

60067

Julkaisufoorumitaso

1

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Ei

Rinnakkaistallennettu

Kyllä

Muut tiedot

Tieteenalat

Fysiikka; Avaruustieteet ja tähtitiede

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Julkaisumaa

Yhdistynyt kuningaskunta

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Kyllä

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.1088/1475-7516/2020/07/067

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä