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发布于2019年9月29日的《天文学、宇宙学、物理学、科学、空间》 “起初,我们认为这是荒谬的,"理论物理学家阿西米纳·阿尔万塔基(Asimina Arvanitaki)说,他提出黑洞可以被认为是自然的粒子加速器,以及我们如何能够通过探测黑洞产生的引力波发现新粒子。 “我并不惊讶。 你还能对黑洞产生行星大小的粒子漩涡云的想法做出什么反应呢?这些粒子可能是被认为将星系聚集在一起的暗物质。 我们倾向于认为粒子很小,但是从理论上讲,没有理由它们不能像星系一样大。" 暗物质约占已知宇宙质量密度的85%。 这种难以捉摸的物质是“黑暗的”,这意味着科学家无法以任何有意义的方式探测到它或与之互动。 本周,在欧洲核研究组织(CERN)进行的一项实验展示了一项里程碑式的新技术,用于捕捉和测量极其罕见的亚原子粒子衰变。 他们的结果表明,对这一过程的精确测量可以暗示出超越20世纪70年代开发的标准模型的新物理学。 暗物质奇怪的亮度——“它可能比大爆炸还要古老” 尽管30多年前开发的标准模型成功地描述了从亚原子到银河尺度的现象,并经过实验测试达到了12位小数的精度,但科学家们得出结论,它并不能解释他们观察到的一切,包括构成物质宇宙大部分的暗物质。 希格斯玻色子的发现之后,还没有发现与暗物质性质相匹配的其他粒子。 超辐射——围绕黑洞运行的巨大暗物质云 黑洞超辐射是广义相对论中一个迷人的过程,是超越标准模型和希格斯场的超轻粒子的独特窗口。 波长相当于天体物理黑洞大小的玻色子——如轴子和暗光子——呈指数级增长,形成大云,在此过程中沿着黑洞旋转,产生单色、连续的引力波辐射。 在引力波天文学和对黑洞及其性质越来越敏感的观察的时代,新光粒子的超辐射是寻找新物理学和黑洞新粒子的一个有希望的途径。 2019年6月18日,《银河系》发布了《新科学家》的丹尼尔·柯辛斯接受阿尔万塔基采访时描述的鲜为人知的超辐射概念,即一个旋转的黑洞将一部分旋转能量释放给一个正绕着它旋转的粒子。 只有具有特定性质的粒子才能以这种方式有效地从黑洞中窃取能量。 计算表明,这些粒子将会倍增,在黑洞周围形成一个巨大的云,在云和黑洞以相同的速度旋转时,它会继续吸走能量。 云的运动会产生引力波,原则上可以在地球上探测到。 由于产生这种效果所需的粒子在标准模型中找不到,任何这样的信号都将成为一种新粒子——在阿尔万塔基的猜想中axion的证据,axion是一种假设粒子,长期以来一直被认为是暗物质的候选粒子,由于LIGO的成功而获得了关注,诺贝尔奖得主的实验表明? 探测到由古代黑洞碰撞引起的引力波。 “难以理解!”——两个超大质量黑洞的碰撞将使LIGO引力波的发现相形见绌 阿尔万塔基认为,LIGO探测器可以从黑洞旋转产生的暗物质粒子云中辨别出信号,这更像是稳定的嗡嗡声,而不是碰撞。 “So now the [axion] waves scatter from the spinning black hole, but then keep bouncing back and forth, and eventually the amplification becomes exponential,” says Arvanitaki. “暗物质是神话中的野兽”——一种新的引力理论&宇宙的黑暗面 在这张超辐射的照片中,会产生一大堆轴子,它们会有序排列,她补充道,“很像那些原子轨道的照片,只是规模很大”。 阿尔万塔基说,反直觉的问题是,“制造这些‘黑洞原子',轴子波长必须和黑洞一样宽。 但这在这里不是问题,因为波长与质量成反比,对于轴子,我们说的是极轻的粒子。” 阿尔万塔基和她的同事得出的结论是,这些axion clouds could reveal themselves in gravitational waves, the faint ripples in space-time first picked up by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in 2015, which means “you don’t need black holes smashing together. Axions colliding in the cloud should annihilate one another to produce gravitons, the particles thought to comprise gravitational waves. “Essentially then, axions and black holes combine to dramatic effect, to produce what Arvanitaki describes as “gravitational beacons” that shine out in every direction. Arvanitaki has been working with physicists at LIGO to prepare for the detector’s third run, which began in April and immediately started detecting new gravitational waves. “We may be able to use black holes as particle detectors of a different kind,” said Will East, Arvanitaki’s colleague at Perimeter, who works at the interface of gravitational physics, astrophysics, and cosmology. The Daily Galaxy via New Scientist and The Perimeter Institute? Image credit: ?哈勃太空望远镜的图像显示了巨大的星系团银铃中暗物质(灰色)的分布