來自黑暗面的“耳語” 引力波能揭示的暗物質的真相
NANOGrav合作組織最近捕捉到了極低頻引力波的第一個跡象。Pedro Schwaller教授和Wolfram Ratzinger教授對數據進行了分析,並特別考慮了這是否可能指向標準模型之外的物理學新領域。在SciPost物理學雜誌上發表的一篇文章中,他們報告說,該信號既符合早期宇宙的相位轉換,也符合極輕的軸子樣粒子(ALPs)場的存在。後者被認為是暗物質的有希望的候選者。
引力波為我們打開了一扇了解早期宇宙的窗口。雖然無處不在的宇宙微波背景沒有揭示關於我們宇宙前30萬年的線索,但它們提供了大爆炸期間發生的一些瞬間。”正是這個非常早期的宇宙讓粒子物理學家如此興奮,”美因茨約翰內斯·古騰堡大學(JGU)PRISMA+卓越集群理論物理學教授Pedro Schwaller解釋道。”這是夸克和膠子等基本粒子存在的時候,然後組合成原子核的構件。”
NANOGrav合作組織首次探測到的引力波的特殊之處在於,它們的頻率很低,只有10-8赫茲,大約相當於每年一次振盪。由於它們的波長較大,為了探測它們,探測器本身也必須同樣大。由於這樣的探測器在地球上是不可能存在的,所以NANOGrav的天文學家使用遙遠的脈衝星及其光信號作為巨大的探測器。
Wolfram Ratzinger概述了他們工作背後的動機。”儘管到目前為止,這些數據只是為我們提供了低頻引力波存在的第一手資料,但對我們來說,能與它們一起工作仍然是非常令人興奮的。因為這種波可能是由早期宇宙中發生的各種過程產生的。我們現在可以利用已有的數據來決定,其中哪些是疑似的,哪些完全不符合數據。”
總部位於美因茨的科學家們決定特別仔細地研究兩種可能導致觀測到的引力波的情況。早期宇宙中的相變和極輕的軸子樣粒子(ALPs)的暗物質場是由於大爆炸後原始湯的溫度下降而發生的,它們還帶來了大規模的動盪–然而,像暗物質一樣,它們並沒有被標準模型所涵蓋。
根據現有的數據,Pedro Schwaller和Wolfram Ratzinger對他們的分析結果進行了相對謹慎的解釋。”也許更有可能的是早期階段過渡的情況。” 另一方面,這兩位物理學家認為,他們能夠僅根據有限的數據計算出某些可能性,這證明了他們的方法的潛力。現在科學家們已經可以開始確定方案的某些特徵,並對其進行約束,求出相變的強度和軸子的質量。