研究：引力波或可揭示黑洞周围的暗物质云

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。