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 enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Helsingin yliopisto
Schiappacasse Enrico D.
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Emojulkaisun nimi
Kustantaja
Volyymi
2020
Numero
7
Artikkelinumero
067
ISSN
Julkaisufoorumi
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