ناپایداری تشدیدی ابرِ اَکسیونی

وجود ذرات به اندازه کافی سبک در نظریه بنیادی توصیف کننده جهان پیرامونی، می‌تواند باعث ناپایداری سیاهچاله‌های چرخان شود که به این پدیده اَبَرتابش گفته می‌شود. به طور خاص اَکسیون و ذرات شبه اَکسیونی نامزدهای مناسبی برای ایجاد چنین پدیده‌ای هستند. در اثر این ناپایداری، ابرِ اَکسیونی با چگالی بالا در اطراف سیاهچاله تشکیل می‌شود. به سیستم ساهیچاله و ابرِ اَکسیونی، اتم گرانشی اطلاق می‌شود. بررسی تحول این اتم گرانشی می‌تواند منجر به کشف اکسیون شود و یا قیدهای جدیدی بر فضای پارامتری اَکسیون‌ها معرفی کند. با در نظر گرفتن جملات برهم‌کنشی اَکسیون– فوتون و نیز اَکسیون با خودش می‌توان دید که ابرِ اَکسیونی تحت شرایطی ناپایدار می‌شود. منشا این ناپایداری‌ها تشدیدِ پارامتری است که می‌تواند اثرات مشاهده‌پذیر داشته باشد. ما در این مقاله، با در نظر گرفتن باقی عوامل موثر در تحول ابرِ اَکسیونی حد بالا برای نرخ این ناپایداری‌ به دست می‌آوریم. نتایج به دست ‌آمده نشان می‌دهد که برای ساده‌ترین مدل‌های اَکسیونی این ناپایداری با نرخ بسیار کمی اتفاق می‌افتد؛ چرا که قبل از موثر شدن تشدید، خود برهم‌کنش ذرات باعث رمبش ابر اکسیونی می‌شود. ولی برای برخی مدل‌های خاص، تشدید می‌تواند به مقدار کافی بزرگ باشد تا اثرات مشاهده ‌پذیر ایجاد کند. به علاوه، نشان خواهیم داد که تشدید ناشی از خود برهم‌کنش هیچ گاه به حد موثر خود نمی‌رسد.

Resonant instability of axion cloud

The presence of sufficiently light particles in the fundamental Lagrangian could trigger instability in rotating black holes, the socalled superradiance instability. In particular, axion and axionlikeparticles (ALPs) are good candidates to prompt such an instability. As a result, a highdensity axion cloud forms around the black hole. The system of black holes and the axion cloud surrounding it is called a gravitational atom. Examining the evolution of this gravitational atom could lead to the discovery of an axion or introduce new constraints on their parametric space. The axion cloud becomes unstable under certain conditions when axionphoton interactions and axion selfinteractions are considered. The nature of these instabilities is the parametric resonance. In this paper, we obtain an upper bound for the rate of this instability. The results show that for the simplest axion models, this instability occurs at a very low rate because, before the resonance becomes effective, selfinteractions cause the axion cloud to collapse. But for some exotic models, the resonance rate could be large enough to introduce observable effects. In addition, we will show that the parametric resonance caused by selfinteractions never happens at a significant level.