據New Atlas報道，暗物質是科學界最令人困惑的謎團之一，有大量的候選粒子正在接受調查。在一項新的研究中，天文學家搜尋了可能聚集在黑洞周圍並通過發出引力波使自己為人所知的假設性超輕粒子云。
我們每天看到的和與之互動的所有物質，從人到行星，只佔宇宙中物質的大約15%。它的絕大部分被束縛在暗物質中，這種神秘的物質似乎只通過其引力影響與常規物質相互作用。暗物質到底是什麼，它可能有什麼屬性，在哪裡可以找到它，以及如何檢測它，都是正在進行的猜測和調查的主題。
超輕玻色子就是這樣一個候選者。玻色子是一類粒子，包括光子和傳說中的希格斯玻色子，但一些模型表明，未被發現的版本可能存在質量極小的玻色子。如果它們真的存在，它們可能有助於填補我們對宇宙的理解中最大的漏洞之一。
這項研究的共同主要作者孫麗麗博士說：“在地球上幾乎不可能探測到這些超輕的玻色子粒子。這些粒子，如果它們存在的話，質量極小，而且很少與其他物質相互作用–這是暗物質似乎具有的關鍵特性之一。”
因此，為了這項新研究，研究小組在天空中尋找超輕玻色子云團可能產生的那種信號。由於暗物質主要是通過引力相互作用，天文學家們轉向了引力波–時空結構中的漣漪。
自2015年以來，已經檢測到幾十個引力波信號，通常是在黑洞和中子星等緊湊物體之間的碰撞中產生的。但它們也可能來自更微妙的現象，在特定頻率下產生更長、更溫和的波。
研究小組表示，超輕玻色子可能聚集在快速旋轉的黑洞周圍的雲中，它們在那裡”拖”住物體並減緩其旋轉。最終，隨着玻色子湮滅成其他粒子，雲層本身開始縮小，這就產生了引力波，探測器可以捕捉到一個特殊的“指紋”。
“我們相信這些黑洞在其強大的引力場中捕獲了大量的玻色子粒子，創造了一個與它們共同旋轉的雲，”孫麗麗說。“這種微妙的‘舞蹈’持續了數百萬年，並不斷產生引力波，在太空中急速穿梭。通過搜索這些雲層發出的引力波，我們也許能夠追蹤到這些難以捉摸的玻色子粒子，並可能破解暗物質的密碼。”
為了檢查這些信號，研究人員檢查了高級LIGO探測器第三次觀測運行期間收集的數據。不幸的是，沒有檢測到這種信號，但這並沒有完全排除這種假設。相反，它對可能涉及的玻色子的類型，以及雲的年齡和距離提出了限制。由於雲層隨着年齡的增長而縮小，較老雲層的引力波信號會比年輕雲層弱得多。
“我們了解到，一種特定類型的小於1000年的玻色子云不可能存在於我們銀河系的任何地方，而在距離地球約3260光年的範圍內，高達1000萬年的雲不可能存在，”孫麗麗說。
未來更敏感的探測器仍然可以從較老的雲層中發現較弱的信號，或者是較年輕的雲層，它們距離更遠。或者，當然，暗物質也可能完全是別的東西。
該研究可在預印本服務器ArXiv上查閱。