黑洞相撞传出神秘信号！人类终于找到侦测暗物质新路子

物理学家发明一种新方法，通过“倾听”黑洞相撞产生的重力波寻找宇宙最神秘暗物质留下的印记，或许还能进一步从地球侦测到的重力波发现暗物质痕迹。

暗物质及暗能量占宇宙构成95%，但它们对人类技术来说是完全隐形的存在，不跟光或电磁波反应，与周围环境相互作用唯一方式是通过重力。

麻省理工学院物理系博士后JosuAurrekoetxea表示，我们知道暗物质就在周围，但它的密度必须够大才能被看见影响力，而黑洞有幸做为增强暗物质密度的媒介，我们可借由分析黑洞合并释出的重力波寻找暗物质，辨识黑洞合并是否发生在浓密暗物质云环境。

这道新方法关键在于暗物质由“超轻量”粒子组成。理论学家预测，这类暗物质靠近黑洞移动时不仅表现粒子行为，还表现出协调波特性，当暗物质波与快速旋转的黑洞接触，黑洞旋转能量会转移给暗物质从而“放大”它们存在，这种现象称为超辐射（superradiance），可将暗物质波激至极高密度，类似把奶油搅成稠密黄油。

一旦如此，超轻量暗物质应该会在黑洞碰撞释出的重力波留下印记。不过我们如何辨识这种印记？又能否在从旅行数百万光年后抵达地球的重力波侦测到？

可能带暗物质痕迹的GW190728事件

JosuAurrekoetxea团队为此开发一个新模型，预测双黑洞在浓稠暗物质云环境、真空（没有暗物质）碰撞产生的重力波形式有何异同，接著将模型应用于重力波天文台前三轮观测公开数据，专注分析28个清晰讯号。

研究惊喜抓到一个“嫌疑犯”，其中27个完全符合黑洞碰撞发生于真空的预测结果，但GW190728事件波形显现另一种“偏好”，与暗物质环境模型更吻合；换句话说，这条讯号可能带有暗物质痕迹。

科学家先前已确定GW190728事件起源于总质量约太阳质量20倍的双黑洞，新模型表明该系统很可能于一团密集暗物质云内合并。

不过团队谨慎强调，单一讯号统计显著性（证据强度）不够高，不足以宣布真正发现暗物质，后续还需其他团队独立验证。

随著重力波探测器未来收集越来越多数据，或许我们能通过新方法从黑洞相撞震荡揪出暗物质尾巴。

新论文发表在《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）。