引力波可以被用来探测暗物质么？

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2016 年 2 月 12 日，引力波可以被直接探测了。那么是否对暗物质探测有帮助？
作者：一点资讯

象棋达人

一、理论上有很小可能存在帮助，但是没人会专门做这件事。
二、不存在题主说的 “暗物质黑洞” 这个概念。

（不好意思最近问引力波的邀请太多又赶上考试，今天刚考完，只捡没有答案的邀请来答。）

是这样。

暗物质的广义理解是，很难被观测到的物质，我们得到的一些证据似乎表明那里有物质，但是就是观察不到。（类似于你走着走着路被挡住了，但是眼前什么都没有）

观测不到有几种可能性：

1. 这种物质和我们熟知的普通物质一样，但是非常稀薄，低于仪器的探测阀值导致观测不到。我们知道宇宙是非常广袤的，在恒星间星系间那些空旷的位置，只要原子密度稍微大一点点，比如从一百立方米一个原子增加到一百立方米两个原子，宇宙的总普通物质质量就会大约增加一倍，因为大部分质量其实都是在星际介质中的，而不是在恒星中。

2. 仍然是普通物质，但是密度非常高形成了黑洞，导致电磁辐射发不出来而观测不到。我们怀疑星系中其实有数量非常多的黑洞存在于那里，星系中心还有超大质量黑洞，只是我们从不知道它们的存在而已。

3. 存在一种与我们目前所知的所有物质都不同的新物质。只产生引力相互作用，不产生电磁相互作用因而不发出吸收也不反射任何电磁波，是透明的，导致我们以前用的望远镜都无效。目前我们还没有直接探测到这种粒子，也没有办法以它为对象做研究，因此只能间接推断一些它的性质。

现在呢，前两种情况我们都能进行较好的约束，星际介质最大质量是多少，黑洞最大质量是多少，都可以从它们与周围物质的相互作用推断出来。然后我们发现，把这些质量全加起来还是不能解释我们认为应该有的质量。因此现在必须找到第三种情况的暗物质（或修改我们的理论）。

这第三种暗物质就是狭义的暗物质，一般学天体物理的人说到暗物质指的就是这种，而不是黑洞什么的，因为那时候我们可以直接说黑洞，而第三种暗物质因为我们并不清楚是什么甚至是否存在，只能称其为暗物质。今后如果确定了它的性质，比如实验观测到一种新粒子是完美的暗物质解释，那么我们就会说这种新粒子的名字。暗物质永远指那个或那些我们还不知道的东西。

所以不存在题主说的 “暗物质黑洞” 这个并举概念。

如果题主是指“由暗物质构成的黑洞”，那么虽然暗物质当然也可以落入黑洞中成为它的一部分，但是没有必要存在一个只由暗物质构成的黑洞。（类似于没有必要认为确实有一个茶壶在小行星带飘着，尽管没人能证明那里不存在这样一个茶壶）

下面说为什么没有帮助。

暗物质产生引力相互作用没错，引力波也是探测引力作用没错。但是引力波的产生需要质量运动，而且要有四极矩的变化才行。而我们认为暗物质是一种稀薄的散布于空间中的物质（如果它们像黑洞一样成团就能像黑洞一样被探测到了）。你可以探测一个人移动产生的引力波，但是没办法探测一房间空气分子运动的引力波，因为它们是均匀分布的。

简单说，就是我们引力波的探测精度太低了，只能探测到黑洞合并这种宇宙中最为剧烈的质量运动事件，距离探测暗物质的运动还差的远。如果你能靠引力波探测暗物质的运动，那么你就可以看到地球上发生的一切了（假设我们目前认为的暗物质密度远低于人体质量密度是正确的）。

探测暗物质还是要用老办法 “引力透镜”

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我只说一种我比较了解的情况。

宇宙早期的时候，局部区域的密度波动可能会很大，大到这个区域坍缩成黑洞，这种（假想的）黑洞叫做原初黑洞。质量太小的原初黑洞到今天已经通过霍金辐射完全消失了，质量太大的话会有很明显的引力透镜效应，所以只有某个质量区间的原初黑洞才有可能存在。

假如这个区间的原初黑洞真的存在，那么它们就是暗物质的一种候选人。

LIGO在二月的时候弄了个大新闻，声称发现了从两个大约30倍太阳质量的黑洞合并过程放出的引力波。那这两个黑洞是不是构成暗物质的原初黑洞？Sean Carroll有一篇博客介绍这个工作http://www.preposterousuniverse.com/blog/2016/03/10/did-ligo-detect-dark-matter/

原始论文见
https://arxiv.org/abs/1603.00464

大脚吴妈

我们组有哥们在做这样一件事情：正常来说，如果暗物质存在的话，黑洞周围应该吸积了大量暗物质（这个density profile应该有人算过，啊如果没人算过的话我们组另一个哥们也算过。。显示出来有一个峰这样子，峰以外的处在稳定轨道上。）然后对binary black hole merger来说，这一坨dark matter可能会对merger过程形成影响，他跟我说这个也有人算过，说是in spiral的阶段已经对merger的引力波信号有可见的影响了。从某种程度来说，这个大概可以算是引力波对DM的探测。。虽然非常的间接。。

巴拿巴

某个物理界的牛人在研究星系时，觉得一个星系里的恒星相互之间的引力不足以让整个星系维持稳定，所以就分析出有暗物质存在。在过去的若干年中，宇宙是一直在膨胀的，而且膨胀的速度是加速，所以科学家觉得有暗能量一直推动着宇宙膨胀。