Searching for axionlike time-dependent cosmic birefringence with data from SPT-3G - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Phys.Rev.D Année : 2022

Searching for axionlike time-dependent cosmic birefringence with data from SPT-3G

K.R. Ferguson
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A.J. Anderson
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M.R. Young
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Résumé

Ultralight axionlike particles (ALPs) are compelling dark matter candidates because of their potential to resolve small-scale discrepancies between ΛCDM predictions and cosmological observations. Axion-photon coupling induces a polarization rotation in linearly polarized photons traveling through an ALP field; thus, as the local ALP dark matter field oscillates in time, distant static polarized sources will appear to oscillate with a frequency proportional to the ALP mass. We use observations of the cosmic microwave background from SPT-3G, the current receiver on the South Pole Telescope, to set upper limits on the value of the axion-photon coupling constant gϕγ over the approximate mass range 10-2210-19eV, corresponding to oscillation periods from 12 hours to 100 days. For periods between 1 and 100 days (4.7×10-22eVmϕ4.7×10-20eV), where the limit is approximately constant, we set a median 95% C.L. upper limit on the amplitude of on-sky polarization rotation of 0.071 deg. Assuming that dark matter comprises a single ALP species with a local dark matter density of 0.3GeV/cm3, this corresponds to gϕγ<1.18×10-12GeV-1×(mϕ1.0×10-21eV). These new limits represent an improvement over the previous strongest limits set using the same effect by a factor of 3.8.

Dates et versions

hal-03632659 , version 1 (06-04-2022)

Identifiants

Citer

K.R. Ferguson, A.J. Anderson, N. Whitehorn, P.A.R. Ade, M. Archipley, et al.. Searching for axionlike time-dependent cosmic birefringence with data from SPT-3G. Phys.Rev.D, 2022, 106 (4), pp.042011. ⟨10.1103/PhysRevD.106.042011⟩. ⟨hal-03632659⟩
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