幽灵般的玻色子云可能解开暗物质之谜

摘要:

对引力波,也就是由重大宇宙灾难引起的空间和时间涟漪的追寻可能有助于解决宇宙的另一个热门之谜--玻色子云以及它们是否是暗物质的一个主要竞争者。研究人员正在使用强大的仪器,如先进的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)、先进的Virgo和KAGRA,这些仪器可以探测到数十亿光年外的引力波,以定位潜在的玻色子云。

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玻色子云由几乎不可能探测到的超轻亚原子粒子组成,被认为是暗物质的一个可能来源--暗物质占宇宙中所有物质的85%左右。

现在,由澳大利亚国立大学(ANU)的研究人员共同领导的在LIGO-Virgo-KAGRA合作中进行的一项新的重大国际研究,通过搜索由绕过黑洞的玻色子云引起的引力波提供了迄今为止追捕这些亚原子粒子的最佳线索之一。

澳大利亚国立大学引力天体物理学中心的Lilli Sun博士说,这项研究是世界上第一次为寻找来自快速旋转的黑洞附近可能的玻色子云的预测引力波而定制的全空天范围调查。

"在地球上几乎不可能探测到这些超轻的玻色子粒子,"Sun博士说。"因为这些粒子,如果它们存在的话质量会极小,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。暗物质是不能直接看到的物质,但是我们知道暗物质的存在,因为它对我们可以观察到的物体有影响。

"但是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。我们的搜索也可以让我们排除某些超轻玻色子粒子,我们的理论说它们可能存在,但实际上并不存在。"

Sun博士也是ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)的副研究员,引力波探测器允许研究人员检查快速旋转的黑洞所提取的能量,如果它们存在的话。

"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,形成了一个与之共舞的云。这种微妙的舞蹈持续了数百万年,并不断产生引力波,在太空中匆匆掠过。虽然研究人员还没有从玻色子云中探测到引力波,但Sun博士说,引力波科学已经"打开了以前被科学家锁住的大门"。

"引力波的发现不仅提供了关于宇宙中神秘的紧凑物体的信息,如黑洞和中子星,它们还允许我们寻找新粒子和暗物质,"她说。"未来的引力波探测器肯定会开启更多的可能性。我们将能够深入宇宙,发现更多关于这些粒子的见解。

"例如,使用引力波探测器发现玻色子云将带来关于暗物质的重要见解,并帮助推进其他暗物质的搜索。它还将更广泛地推进我们对粒子物理学的理解。"

在另一项重大突破中,该研究还通过考虑玻色子云的年龄,对玻色子云在我们银河系中存在的机会有了更多的了解。任何引力波的强度都取决于云的年龄,较老的云发出的信号较弱。玻色子云在通过发出引力波而失去能量的时候会缩小。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,而高达1000万年的云不可能存在于离地球大约3260光年的范围内。

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