引力波能帮助我们找到暗物质吗?

在过去的几年里，引力波彻底改变了物理学。像激光干涉引力波天文台(LIGO)、Virgo和KAGRA这样的敏感仪器已经发现了这些现象在时空涟漪它是由数十亿光年外的黑洞和中子星碰撞产生的。

但是引力波能找到吗暗物质？现在，研究人员认为，引力波探测器可能能够发现构成宇宙85%的难以捉摸的物质的可能来源。

来自澳大利亚国立大学(ANU)和ARC引力波卓越发现中心(OzGrav)的天体物理学家Lilli Sun说:“引力波的发现不仅提供了关于宇宙中神秘致密物体的信息，如黑洞和中子星，它们还允许我们寻找新的粒子和暗物质。”

孙与人合作撰写了一项新的国际研究，该研究发表在预印本服务器上ArXiv．这篇论文为暗物质提供了一个新的线索:被称为玻色子的超轻亚原子粒子云标准模型粒子物理。

“在地球上几乎不可能探测到这些超轻玻色子粒子，”孙解释说。

“这些粒子，如果它们存在，它们的质量非常小，很少与其他物质相互作用——这是暗物质似乎具有的关键属性之一。暗物质是一种无法直接观测到的物质，但我们知道暗物质的存在，因为它对我们可以观测到的物体有影响。”

但是引力波探测器可以帮助天体物理学家确定这些假设的粒子是否存在。理论预测，它们可能在快速旋转的黑洞周围的云中旋转。

“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，创造了与它们同向旋转的云，”孙说。“这种微妙的舞蹈持续了数百万年，并不断产生穿越太空的引力波。”

我们还没有发现任何这种类型的引力波，但这并不是因为缺乏尝试。

这项新研究描述了首次对这些超轻玻色子云发射的引力波信号的全天空搜索LIGO干涉仪在美国。

他们在论文中写道:“引力波信号频率主要取决于玻色子的质量，而与黑洞的质量和自旋有微弱关系。”

因此，他们在20-610Hz的频率范围内寻找信号。就引力波频率而言，这是相当低的——LIGO可以探测到高达10,000Hz的事件，而其他技术正在将探测频率提高到10,000Hz更高的频率，兆赫(1,000000hz)及以上。

虽然没有发现任何信号，但它们确实限制了可能存在于我们自己的星系——银河系中的玻色子云的参数。任何引力波信号的强度都取决于玻色子云的年龄——越老的玻色子云发出的信号越弱。

“当玻色子云通过发射引力波失去能量时，它会收缩，”孙说。

“我们了解到，一种年龄小于1000年的特定类型的玻色子云不太可能存在于银河系的任何地方，而超过1000万年的云不太可能存在于距离地球约3260光年的范围内。”

该团队对如何改进他们的搜索方法充满了想法，从提高计算效率到覆盖更宽的频带。

他们在论文中总结道:“这与即将运行的高级LIGO、高级Virgo和KAGRA探测器的预期探测器改进一起，将显著增加探测这些有趣源的引力辐射的机会。”