参考消息网4月28日报道美国《科学日报》网站4月14日发表题为《快速旋转的黑洞可缩小寻找暗物质粒子的范围》的报道称 ， 美国激光干涉仪引力波观测台（LIGO）的物理学家们利用黑洞寻找超轻玻色子 。 根据量子理论预测 ， 超轻玻色子云将放慢黑洞的旋转速度 。 如果这种粒子确实存在 ， 那么所有一定质量的黑洞都应相对放慢旋转速度 。 全文摘编如下：
超轻玻色子是一种假想粒子 ， 据预测 ， 其质量不到电子的十亿分之一 。 它与周围物质几乎没有相互作用 ， 因而迄今难以发现以证实其存在 。
如果超轻玻色子确实存在 ， 诸如轴子这样的超轻玻色子很可能是以暗物质的形式存在 。 暗物质就是那种占宇宙物质85%、神秘而无影无踪的东西 。
现在 ， 美国激光干涉仪引力波观测台（LIGO）的物理学家们利用黑洞寻找超轻玻色子 。 根据量子理论预测 ， 超轻玻色子云将放慢黑洞的旋转速度 。 如果这种粒子确实存在 ， 那么所有一定质量的黑洞都应相对放慢旋转速度 。
但物理学家发现 ， 之前探测到的两个黑洞旋转速度太快 ， 以至于不可能受到任何超轻玻色子的影响 。 由于其巨大的旋转速度 ， 这些黑洞的存在排除了超轻玻色子存在的可能性 。
研究团队的发现发表在《物理评论快报》周刊上 ， 进一步缩小了寻找轴子及其他超轻玻色子的范围 。
这也是首次利用LIGO和“处女座”（Virgo）探测器观测到的黑洞旋转速度以及引力波数据来寻找暗物质 。
麻省理工学院物理学副教授、论文作者之一萨尔瓦托雷·维塔尔说：“玻色子有不同种类 ， 我们已发现了一种 。 可能还有其他各类玻色子 ， 我们可以把这种分析应用到LIGO和Virgo未来多年不断提供的数据集之中 。 ”
论文作者包括麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所的研究生吴光扬（音） ， 以及荷兰乌得勒支大学与香港中文大学的研究人员 。
科学家在超轻物质的巨大范围内寻找超轻玻色子 。 他们迄今利用实验室实验和天体物理观测 ， 一小片一小片排除这种可能物质的广阔空间 。
本世纪初以来 ， 物理学家就提出 ， 由于超辐射效应 ， 黑洞可能是另一种探测超轻玻色子的手段 。
如果存在超轻玻色子 ， 那么它们可能会在适当的条件下与黑洞相互作用 。 量子理论假设 ， 在极小尺度下 ， 粒子难以用经典物理学加以描述 ， 甚至不可能作为单独的物体 。 这种尺度叫康普顿波长 ， 与粒子质量成反比 。
由于超轻玻色子极轻 ， 所以其波长应该巨大 。 就一定质量范围的玻色子而言 ， 它们的波长可以与黑洞的大小不相上下 。 这种情形下 ， 超辐射将迅速形成 。 然后 ， 超轻玻色子将在黑洞周围的真空形成 ， 数量足以让这种极微粒子共同对黑洞形成拉力 ， 放慢其旋转速度 。
维塔尔说：“如果你跳上一个旋转木马 ， 然后跳下来 ， 就会偷走木马的能量 。 这些玻色子对黑洞的作用也是这样 。 ”
科学家认为 ， 这种玻色子带来的降速现象可能发生在数千年间 ， 以天体物理的尺度看 ， 这算相对快速了 。
吴说：“如果玻色子确实存在 ， 我们认为适当质量的原有黑洞不可能有巨大的旋转速度 ， 因为玻色子云会吸走大部分能量 。 这暗示我们 ， 发现旋转速度巨快的黑洞 ， 就可以排除某种质量的玻色子的存在 。 ”
吴与维塔尔将这种推理应用到LIGO和Virgo的黑洞测量中 。 LIGO和Virgo在“倾听”引力波 ， 也就是黑洞合并（被称为“双黑洞”）等遥远巨变引发的震动 。
研究小组仔细探究了LIGO和Virgo迄今发现的所有45个双黑洞 。 这些黑洞的质量在太阳的10倍至70倍之间 ， 如果它们与超轻玻色子相互作用 ， 这些粒子的质量也介于一定电子伏特区间 。
如果黑洞因相应质量范围的超轻玻色子而放慢了旋转速度 ， 其转速应为多少？研究小组为每个黑洞做出计算 。 根据他们的分析 ， 两个黑洞脱颖而出：GW190412和GW190517 。 正如物体都有最大速度一样（光速） ， 黑洞的旋转速度也有极限 。 GW190517以接近极限的速度旋转 。 研究人员计算发现 ， 如果存在超轻玻色子 ， GW190517的旋转速度将放慢一半 。
维塔尔说：“如果存在 ， 这些粒子会吸走大量角动量 。 它们真的是吸血鬼 。 ”
研究人员也考虑到产生黑洞巨速旋转、与此同时超轻玻色子仍然存在的其他可能情形 。 比如 ， 黑洞可能因玻色子放慢转速 ， 但是随后会通过与周围吸积盘的相互作用而再次加快旋转速度 。
吴说：“计算一下 ， 你就会发现黑洞要想达到我们今天看到的旋转速度 ， 会需要非常长的时间 。 所以 ， 完全可以忽视这种加速效应 。 ”
换言之 ， 黑洞的高速旋转不可能在超轻玻色子也存在的情况下发生 。 考虑到这两个黑洞的质量和高速旋转 ， 研究人员可以排除一定质量的超轻玻色子的存在 。
维塔尔说：“我们基本上排除了这种质量范围的某种玻色子的存在 。 这项研究还表明探测引力波可以助寻基本粒子 。 ”
文章图片
【观测台|美媒：快速旋转黑洞可助缩小寻找暗物质粒子范围】资料图片：双黑洞即将对撞的艺术想象图 。
推荐阅读
- 苏宁|可循环包装规模化应用 苏宁易购绿色物流再上新台阶
- IT|95306铁路货运电子商务平台升级上线 可24小时办理货运业务
- Intel|英特尔放出i9-12900K平台PCIe 5.0 SSD演示 突破13GB/s传输速率
- 观测|期待！新年第一天火星合月，1月4日一起去看流星雨
- 首场|观测条件极佳！新年首场流星雨1月4日登场
- 文章|美媒文章：古人类领域2021年六大新突破
- Intel|Intel在Alder Lake平台演示PM1743 PCIe Gen 5 SSD，带宽达14GB/s
- 科技创新平台|云南：打造世界一流食用菌科技创新平台
- 观测|观测条件极佳！新年首场流星雨1月4日登场
- IT|安九高铁正式开通：时速350公里、京港台通道商丘至深圳段贯通