如何寻找暗物质，新研究给出答案

一条龙

暗物质与矮星系

我们宇宙的大部分内容都是物理学完全未知的形式。这只是一个我们都必须习惯的事实。如果你觉得这只是一个宇宙学问题，这个问题只会在非常大的尺度上出现，那么我有个坏消息要告诉你。据我们所知，宇宙的这些神秘组成部分之一是物质的一种形式。

但不是任何形式的物质，否则我们现在应该已经看到了。我们认为它是一种暗物质，不与光相互作用，没有吸收，没有散射。事实上，暗物质的存在也不应该那么令人惊讶。毕竟，没谁决定了宇宙中的一切都必须与光相互作用。

如果你观察一个随机星系，那些发光的物质--恒星、星云等等，只占该星系总质量的一小部分。“正常”物质和黑暗物质之间的确切比率取决于许多因素，比如星系的形成历史。但总的来说，星系越小，暗物质占主导地位的程度就越高。

小而暗淡的矮星系UGC 5189A

一些最小的星系，被称为矮星系，可以提供一个方便的实验室来研究暗物质。在这些星系中，暗物质可以自由地做暗物质所做的事，而不需要任何讨厌的光相互作用物质来使事情复杂化。如果暗物质做了一些奇怪的事情(比简单的存在更奇怪)，比如通过弱核力与自身相互作用，或者是由多种外来粒子组成，那么任何效应都会使暗物质在矮星星系中比银河系更明显。

这一切都是伟大而美好的，除了一点：所有这些有趣的物理现象都在幕后发生，但我们很难看到它。

黑洞连接

关于暗物质，我们不知道的一件事是，它在星系的核心是如何活动的。简单的星系演化模拟预测了一种叫“尖点”的东西--一种位于银河系乳脂状中心的高密度的硬核。但是观测结果并不能证明一点：应该有很多恒星遵循着所有暗物质的引力影响。银河系的中心肯定有很多恒星，但不是那么多。

必须有某种东西来消除中心暗物质。这可能是暗物质本身的奇异相互作用。也可能是更平凡的原因，如超新星风吹出气体。可能两者都有，也可能两者都不是。

天文学家对星系的核心，特别是矮星系的核心非常感兴趣，因为正是在那里，他们可以了解到很多关于暗物质的知识。尽管它们存在复杂而混乱的物理特性，但我们仍然需要通过恒星和气体来观察、探测和研究矮星系，希望我们能追踪暗物质的行为。但是矮星系距离我们很遥远、且小而昏暗，它们的核心更是如此。

我们如何能窥视他们呢？

谢天谢地，星系拥有的不仅仅是恒星公民。它们也有黑洞。在它们的核心中有巨大的超大质量的星体，在其内部漂浮着数以百万计的较小的星体。而巨型黑洞倾向于聚集在它们所在星系的核心这一事实可能是有用的。所以也许，如果我们能以某种方式研究矮星系内部黑洞的行为，我们可能会得到一些关于暗物质性质的线索。

LISA探路者在黑暗中倾听

但是黑洞也很难看到。幸运的是，我们不必看到黑洞，我们可以听到它们。

当黑洞碰撞时，它们会震动并扭曲时空结构，从而产生波纹，就像从掉进水中的石头，在水面扩散开来的涟漪一样。这些引力波以光速在整个空间传播，当它们经过时，它会轻微地拉伸和挤压任何中间的物质。事实上，当你读到这篇文章的时候，你的身体被无数经过地球的引力波拖拽着。

这些引力波很难被探测到，这就是为什么第一批测量引力波的人因为他们几十年来利用干涉光束捕捉微妙信号努力的而获得诺贝尔奖的原因。

但是我们在地球表面的三个引力波观测站不能帮助我们解决矮星系内部黑洞研究暗物质问题。这些黑洞被称为中等质量黑洞，它们太小了，当它们合并时，无法在银河系中发出可探测到的信号。

但是太空中的引力波观测站可以。拟议中的LISA(Laser Interferometer Space Antenna，激光干涉仪太空天线)任务，可能具有正确的灵敏度，能够看到中型黑洞合并的信号，就像在矮星系的心脏中发现的那些一样。

根据最近由苏黎世大学托马斯·托姆法尔（Tomas Tomfal）领导的，被天体物理学期刊杂志所接受的一篇新论文的说法，不同的暗物质模型(以及它与正常喜光的物质的可能的相互作用)可以影响矮星系中黑洞合并的频率和速度，这是LISA可以分离的东西。

这是一条理解暗物质的迂回之路，但在这样一个令人烦恼的问题上，这是一条充满希望的道路。

  
本文选自：今日头条