天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学
[提交于 2025年4月21日
(此版本)
, 最新版本 2025年8月29日 (v2)
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标题: 最小磁生机制:暴胀扰动与类轴子的作用及其引力波特征
标题: Minimal Magnetogenesis: The Role of Inflationary Perturbations and ALPs, and Its Gravitational Wave Signatures
摘要: 任何试图理解当前宇宙中无处不在的磁场本质的努力似乎都引导我们追溯到它的原始起源。 然而,对于大尺度磁场而言,它们的强度和长度尺度并不一定起源于单一的原始机制,即通常文献中流行的暴胀磁生机制。 在本文中,我们提出了一种极简情景,在这种情景下,大尺度磁场可以通过暴胀扰动生成,而无需任何非共形耦合。 由于这些原始场起源于暴胀标量谱,因此它们本质上很弱,其强度受到标量涨落幅度较小的影响。 然后,我们考虑这种大尺度弱原始磁场与一个质量为 $<10^{-28}$eV 的轻轴子之间的耦合,假设该轴子冻结在一个误对齐的状态,直到光子解耦。 在解耦之后,当宇宙进入暗时代时,轻轴子相干振荡。 通过适当调整轴子-光子耦合参数$\alpha$,我们证明了确实可以通过快中子共振生成足够强度的大尺度磁场。 我们进一步表明,所产生的磁场会诱导二次引力波的独特谱,具有多个峰值,即将到来的CMB-S4可以通过B模式偏振探测到这一特性。 其强度足以违反PLANCK 对张量-标量比值$r \lesssim 0.036$的约束。 这种违反会导致对$\alpha \lesssim 80$的限制。 根据这个耦合的极限值,我们发现现今的磁场强度可以高达$10^{-10}$高斯(Gauss),在$\Mpc$尺度上,这与观测结果一致。
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