寻找暗物质存在的关键因素：引力波

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奇异的暗物质理论、引力波、太空天文台、巨大的黑洞、碰撞的星系、、激光。如果你是宇宙中所有超赞事物的粉丝，那么这篇文章就是为你准备的。

暗物质和矮星系

宇宙的大部分内容都是物理学界完全不知道的。这是一个我们都要去适应的原始事实。如果你认为这只是一种宇宙学问题，一个只在最大尺度上出现的问题，那么有个坏消息要告诉你。据科学家所研究，宇宙的这些神秘成分之一是物质的一种形式。

但不是任何形式的物质，否则我们现在就能看到了。不，我们认为这是一种暗物质-不与光相互作用的物质。不发光也不吸收光，也没有散射，什么都没有。暗物质的存在并不奇怪，不是吗?毕竟，是谁规定宇宙中的一切都必须与光相互作用?

如果你观察一个随机的星系，那些亮起来的东西——恒星、星云等等——只代表那个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例取决于很多因素，比如星系的形成历史。但是一般来说，星系越小，它就越被暗物质所控制。

最小的星系被称为矮星系，可以为研究暗物质提供便利的实验室。在这些星系中，暗物质可以自由地做暗物质所做的事情，而不需要麻烦的光交互作用物质来使事情变得复杂。如果暗物质做了一些奇怪的事情(好吧，比简单的存在更奇怪)，比如通过弱核力与自身相互作用，或者由多种奇异粒子组成，那么任何效应都会使它们在矮星系中比在银河系中更明显。

这一切都很好，除了一个小小的警告:尽管所有这些有趣的物理现象都发生在引擎盖下，但我们很难看到它。因为它是黑暗的。

黑洞连接

关于暗物质，我们不了解的一件事是它在星系核中的行为。对星系演化的简单模拟预测了一种被称为“尖”的东西——一种密度高得难以置信的硬坚果，位于星系中间的乳脂状区域。但观察并没有揭示出这一点：在所有暗物质的引力作用下，应该有很多恒星存在。当然在星系的中心有很多恒星，但不是很多。

必须有某种东西来消除中央暗物质。这可能是暗物质本身的奇异相互作用。这可能是一些更普通的原因，比如超新星爆炸产生的气流。可能两者都有，也可能两者都没有。

天文学家对星系的核心非常感兴趣，尤其是矮星系，因为在那里他们可以学到很多关于暗物质的知识。尽管它们的物理结构复杂而混乱，但我们仍然需要恒星和气体来观察、探测和研究矮星系，希望我们能够追踪暗物质的行为。但是矮星系离我们很远、昏暗而且很小——它们的核心更是如此。

值得庆幸的是，星系不仅仅拥有恒星公民。它们也有黑洞。它们的核心的质量是巨大的，而在它们内部漂浮着数以百万计的小黑洞。巨大的黑洞倾向于聚集在它们的宿主星系的核心，这一事实可能是有用的。所以，如果我们能以某种方式研究矮星系中黑洞的行为，我们也许能得到一些关于暗物质本质的线索。

LISA在黑暗中听见

但是黑洞也是黑色的，很难被发现，而且很小和很遥远。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，它们会剧烈地震动并扭曲时空结构，从而产生波动，就像从掉入水中的重石头上扩散出来的涟漪一样。这些重力波以光速在太空中传播，当它们经过的时候，会轻微地拉伸和挤压任何介入的物质。事实上，当你读到这篇文章的时候，你的身体就像一块油灰，被无数的引力波从地球上穿过。

这些重力波极其难以探测，这就是为什么第一批测量它们的人因为几十年来利用干扰光束捕捉微妙信号的努力而获得了诺贝尔奖。

但是我们在地球表面的三个引力波观测站并不能帮助我们解决我们的黑洞-矮星系-暗物质的问题。这些被称为中等质量的黑洞黑洞太小了，当它们合并时，无法在银河系中发出可探测的信号。

但是太空中的引力波观测站可以。拟议中的LISA任务(你可能已经猜到了，它代表激光干涉仪空间天线)可能具有正确的灵敏度，可以看到合并中型黑洞的信号，就像在矮星系中心发现的那些信号一样。

不同型号的暗物质会影响矮星系中的黑洞合并的频率和速度,这是LISA可以选择分开的。

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，这是一条很有希望的路。

本文选自：今日头条