研究:引力波或可揭示黑洞周围的暗物质云

2021年12月02日 14:07 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据New Atlas报道,暗物质是科学界最令人困惑的谜团之一,有大量的候选粒子正在接受调查。在一项新的研究中,天文学家搜寻了可能聚集在黑洞周围并通过发出引力波使自己为人所知的假设性超轻粒子云。

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我们每天看到的和与之互动的所有物质,从人到行星,只占宇宙中物质的大约15%。它的绝大部分被束缚在暗物质中,这种神秘的物质似乎只通过其引力影响与常规物质相互作用。暗物质到底是什么,它可能有什么属性,在哪里可以找到它,以及如何检测它,都是正在进行的猜测和调查的主题。

超轻玻色子就是这样一个候选者。玻色子是一类粒子,包括光子和传说中的希格斯玻色子,但一些模型表明,未被发现的版本可能存在质量极小的玻色子。如果它们真的存在,它们可能有助于填补我们对宇宙的理解中最大的漏洞之一。

这项研究的共同主要作者孙丽丽博士说:“在地球上几乎不可能探测到这些超轻的玻色子粒子。这些粒子,如果它们存在的话,质量极小,而且很少与其他物质相互作用--这是暗物质似乎具有的关键特性之一。”

因此,为了这项新研究,研究小组在天空中寻找超轻玻色子云团可能产生的那种信号。由于暗物质主要是通过引力相互作用,天文学家们转向了引力波--时空结构中的涟漪。

自2015年以来,已经检测到几十个引力波信号,通常是在黑洞和中子星等紧凑物体之间的碰撞中产生的。但它们也可能来自更微妙的现象,在特定频率下产生更长、更温和的波。

研究小组表示,超轻玻色子可能聚集在快速旋转的黑洞周围的云中,它们在那里"拖"住物体并减缓其旋转。最终,随着玻色子湮灭成其他粒子,云层本身开始缩小,这就产生了引力波,探测器可以捕捉到一个特殊的“指纹”。

“我们相信这些黑洞在其强大的引力场中捕获了大量的玻色子粒子,创造了一个与它们共同旋转的云,”孙丽丽说。“这种微妙的‘舞蹈’持续了数百万年,并不断产生引力波,在太空中急速穿梭。通过搜索这些云层发出的引力波,我们也许能够追踪到这些难以捉摸的玻色子粒子,并可能破解暗物质的密码。”

为了检查这些信号,研究人员检查了高级LIGO探测器第三次观测运行期间收集的数据。不幸的是,没有检测到这种信号,但这并没有完全排除这种假设。相反,它对可能涉及的玻色子的类型,以及云的年龄和距离提出了限制。由于云层随着年龄的增长而缩小,较老云层的引力波信号会比年轻云层弱得多。

“我们了解到,一种特定类型的小于1000年的玻色子云不可能存在于我们银河系的任何地方,而在距离地球约3260光年的范围内,高达1000万年的云不可能存在,”孙丽丽说。

未来更敏感的探测器仍然可以从较老的云层中发现较弱的信号,或者是较年轻的云层,它们距离更远。或者,当然,暗物质也可能完全是别的东西。

该研究可在预印本服务器ArXiv上查阅。

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