来自黑暗面的“耳语” 引力波能揭示的暗物质的真相

2021年03月21日 15:32 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

NANOGrav合作组织最近捕捉到了极低频引力波的第一个迹象。Pedro Schwaller教授和Wolfram Ratzinger教授对数据进行了分析,并特别考虑了这是否可能指向标准模型之外的物理学新领域。在SciPost物理学杂志上发表的一篇文章中,他们报告说,该信号既符合早期宇宙的相位转换,也符合极轻的轴子样粒子(ALPs)场的存在。后者被认为是暗物质的有希望的候选者。

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引力波为我们打开了一扇了解早期宇宙的窗口。虽然无处不在的宇宙微波背景没有揭示关于我们宇宙前30万年的线索,但它们提供了大爆炸期间发生的一些瞬间。"正是这个非常早期的宇宙让粒子物理学家如此兴奋,"美因茨约翰内斯·古腾堡大学(JGU)PRISMA+卓越集群理论物理学教授Pedro Schwaller解释道。"这是夸克和胶子等基本粒子存在的时候,然后组合成原子核的构件。"

NANOGrav合作组织首次探测到的引力波的特殊之处在于,它们的频率很低,只有10-8赫兹,大约相当于每年一次振荡。由于它们的波长较大,为了探测它们,探测器本身也必须同样大。由于这样的探测器在地球上是不可能存在的,所以NANOGrav的天文学家使用遥远的脉冲星及其光信号作为巨大的探测器。

Wolfram Ratzinger概述了他们工作背后的动机。"尽管到目前为止,这些数据只是为我们提供了低频引力波存在的第一手资料,但对我们来说,能与它们一起工作仍然是非常令人兴奋的。因为这种波可能是由早期宇宙中发生的各种过程产生的。我们现在可以利用已有的数据来决定,其中哪些是疑似的,哪些完全不符合数据。"

总部位于美因茨的科学家们决定特别仔细地研究两种可能导致观测到的引力波的情况。早期宇宙中的相变和极轻的轴子样粒子(ALPs)的暗物质场是由于大爆炸后原始汤的温度下降而发生的,它们还带来了大规模的动荡--然而,像暗物质一样,它们并没有被标准模型所涵盖。

根据现有的数据,Pedro Schwaller和Wolfram Ratzinger对他们的分析结果进行了相对谨慎的解释。"也许更有可能的是早期阶段过渡的情况。" 另一方面,这两位物理学家认为,他们能够仅根据有限的数据计算出某些可能性,这证明了他们的方法的潜力。现在科学家们已经可以开始确定方案的某些特征,并对其进行约束,求出相变的强度和轴子的质量。

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