Observational prospects of self-interacting scalar superradiance with next-generation gravitational-wave detectors
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Current- and next-generation gravitational-wave observatories may reveal new, ultralight bosons. Through the superradiance process, these theoretical particle candidates can form clouds around astrophysical black holes and result in detectable gravitational-wave radiation. In the absence of detections, constraints—contingent on astrophysical assumptions—have been derived using LIGO-Virgo-KAGRA data on boson masses. However, the searches for ultralight scalars to date have not adequately considered self-interactions between particles. Self-interactions that significantly alter superradiance dynamics are generically present for many scalar models, including axion-like dark matter candidates and string axions. We implement the most complete treatment of particle self-interactions available to determine the gravitational-wave signatures expected from superradiant scalar clouds and revisit the constraints obtained in a past gravitational-wave search targeting the black hole in Cygnus X-1. We also project the reach of next-generation gravitational-wave observatories to scalar particle parameter space in the mass-coupling plane. We find that while proposed observatories have insufficient reach to self-interactions that can halt black hole spin-down, next-generation observatories are essential for expanding the search beyond gravitational parameter space and can reach a mass and interaction scale of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> –10 −12 eV <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>c</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mo>≳</mml:mo> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>17</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> GeV, respectively.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».