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暗物质是科学中最令人费解的谜团之一 ， 有大量的“嫌疑候选人”正在接受调查中 。 在一项新的研究中 ， 天文学家寻找了假设的超轻粒子云 ， 这些粒子可以聚集在黑洞周围 ， 并通过发出引力波来展示自己 。
上图：对暗物质的搜索已经转向了一种名为超轻玻色子的假想粒子 ， 而引力波探测器已成为搜索的代理 。
我们每天看到和接触的所有物质 ， 从人类到行星 ， 只占宇宙中大约15%的物质 。 它的绝大部分与暗物质有关 ， 暗物质是一种神秘的物质 ， 似乎只能通过其引力影响与普通物质相互作用 。 暗物质究竟是什么？它可能具有什么特性 ， 它可能在哪里被发现 ， 我们如何探测到它 ， 这些都是正在进行的猜测和调查的主题 。
【寻找暗物质的新思路：引力波或将揭示黑洞周围的暗物质云】超轻玻色子就是这样的候选者之一 。 玻色子是一种包括了光子和传说中的希格斯玻色子的粒子 ， 但一些模型表明 ， 可能存在质量极其微小的未被发现的版本 。 如果是这样的话 ， 它们可能有助于填补我们对宇宙理解中最大的漏洞之一 。
“在地球上几乎不可能探测到这些超轻玻色子粒子 ， ”该研究的联合首席作者莉莉·孙博士说 。 “如果这些粒子存在 ， 它们的质量会非常小 ， 很少与其他物质相互作用 —— 这似乎是暗物质的关键特性之一 。 ”
因此 ， 在这项新研究中 ， 研究小组在天空中寻找超轻玻色子云可能产生的那种信号 。 由于暗物质主要通过引力相互作用 ， 天文学家转而研究引力波 —— 时空结构中的涟漪 。
自2015年以来 ， 人们已经探测到数十个引力波信号 ， 这些信号通常是在黑洞和中子星等致密物体碰撞时产生的 。 但它们也可能来自更微妙的现象 ， 在特定频率上产生更长、更温和的波 。
该研究团队认为 ， 超轻玻色子可以聚集在快速旋转的黑洞周围的云中 ， 在那里它们“拖”着物体并减慢它的旋转 。 最终 ， 随着玻色子湮没成其他粒子 ， 云本身开始收缩 ， 这种粒子就会产生引力波 ， 而一种特殊的“指纹”探测器可以捕捉到引力波 。
上图：一个艺术家对黑洞的描绘
莉莉·孙博士表示：“我们相信这些黑洞在其强大的重力场中捕获了大量的玻色子粒子 ， 形成了与它们一起旋转的云 。 这种微妙的舞蹈持续了数百万年 ， 不断产生在太空中飞驰的引力波 。 通过搜索这些云发射的引力波 ， 我们或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 ， 研究人员检查了在高级 LIGO 探测器第三次观测运行期间收集的数据 。 不幸的是 ， 没有检测到这样的信号 ， 但这也并不能完全排除这个假设 。 相反 ， 它限制了可能涉及的玻色子的类型 ， 以及云的年龄和距离 。 由于云团会随着年龄的增长而收缩 ， 因此“老年”云的引力波信号要比“年轻”云弱得多 。
莉莉·孙博士解释道：“我们了解到 ， 在我们的银河系中 ， 不太可能存在一种年龄小于1000年的特定类型的玻色子云 ， 而在距地球约3260光年的范围内 ， 也不太可能存在1000万年前的玻色子云 。 ”
不管怎样 ， 未来更灵敏的探测器仍能从更老的云层或更远的年轻云层中发现较弱的信号 。 或者 ， 当然 ， 我们可能完全错了 ， 暗物质可能完全是另一回事 。
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