28個引力波信號異常，2019年數(shù)據(jù)暗藏物質(zhì)指紋

宇宙中大約85%的物質(zhì)是看不見的。

物理學(xué)家把它叫做暗物質(zhì)，它不發(fā)光、不反光、不與電磁力發(fā)生任何反應(yīng)，唯一能暴露它存在的，只有引力。將近一個世紀(jì)以來，人類用越來越精密的探測器尋找它，用越來越龐大的粒子對撞機(jī)追蹤它，什么都沒找到。

但現(xiàn)在，有一支研究團(tuán)隊說，答案可能早在2019年就悄悄落入了我們的探測器，只是沒有人意識到。

這項研究來自麻省理工學(xué)院（MIT）、阿姆斯特丹大學(xué)、倫敦瑪麗女王大學(xué)、牛津大學(xué)和比利時魯汶天主教大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊，成果發(fā)表于《物理評論快報》。

研究的核心邏輯是這樣的：在暗物質(zhì)的眾多候選者中，有一類被稱為"超輕標(biāo)量粒子"，質(zhì)量比電子還輕上許多個數(shù)量級。這類暗物質(zhì)的特別之處，在于它在極端引力環(huán)境下不再像普通粒子那樣四散飄蕩，而是表現(xiàn)得像協(xié)調(diào)一致的波。

當(dāng)這樣的暗物質(zhì)波遭遇一個快速旋轉(zhuǎn)的黑洞時，一種叫做"超輻射"的機(jī)制會被觸發(fā)：黑洞的自轉(zhuǎn)能量被轉(zhuǎn)移給暗物質(zhì)，就像將牛奶攪打成奶油一樣，周圍的暗物質(zhì)密度被迅速放大，最終形成一朵致密的暗物質(zhì)云包裹在黑洞周圍。

如果兩個這樣的黑洞相互靠近、最終碰撞合并，它們向外發(fā)射的引力波，就會攜帶這朵云的"指紋"，在波形中留下可辨識的特征印記。

問題是：這個印記應(yīng)該長什么樣？研究團(tuán)隊為此建立了詳細(xì)的數(shù)值模擬模型，系統(tǒng)預(yù)測了雙黑洞系統(tǒng)在有無暗物質(zhì)云兩種環(huán)境下，合并時產(chǎn)生的引力波波形差異。這套模型不只是定性描述，而是精確到可以和實際探測數(shù)據(jù)逐一比對的程度。

有了模型，下一步就是翻數(shù)據(jù)。

對每一個信號，他們都做了同一件事：把實際探測到的波形，同時與"真空中合并"和"暗物質(zhì)云中合并"兩個理論預(yù)測進(jìn)行比對，看哪個更吻合。

結(jié)果是：27個信號，清清楚楚地指向真空，符合物理學(xué)家最初的預(yù)期。但第28個，編號為GW190728的信號，給出了一個不同尋常的答案。它的波形模式與暗物質(zhì)云中的雙黑洞合并高度吻合，與真空模型的擬合度反而明顯偏低。

GW190728是2019年7月28日被探測到的一次引力波事件，來源是一對總質(zhì)量約為太陽20倍的雙黑洞系統(tǒng)合并。按照團(tuán)隊的計算，這樣的系統(tǒng)如果在一朵致密暗物質(zhì)云內(nèi)部合并，完全可以產(chǎn)生與GW190728相符的信號特征。

這個發(fā)現(xiàn)本身就夠讓人興奮了。麻省理工學(xué)院物理系博士后約蘇·奧雷科埃切亞說："黑洞提供了一種增強(qiáng)暗物質(zhì)密度的機(jī)制，而我們現(xiàn)在可以通過分析引力波來搜尋這種跡象。"阿姆斯特丹大學(xué)的羅德里戈·維森特則補(bǔ)充說，這套方法能夠探測到"比以往任何時候都小得多的暗物質(zhì)尺度"，這意味著一扇此前完全關(guān)閉的觀測窗口，正在被緩慢推開。

但研究團(tuán)隊同時發(fā)出了非常清晰的警告：這不是暗物質(zhì)探測的宣言。"這一發(fā)現(xiàn)的統(tǒng)計顯著性還不夠高，不足以聲稱探測到了暗物質(zhì)，還需要由獨立小組進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗，"奧雷科埃切亞說。

這份謹(jǐn)慎是必要的。暗物質(zhì)是什么，物理學(xué)界至今沒有共識，候選者名單從弱相互作用的大質(zhì)量粒子（WIMP）、致密的大質(zhì)量天體（MACHO）、惰性中微子，一直延伸到原初黑洞，甚至有人認(rèn)為暗物質(zhì)根本不存在，真正需要修改的是我們的引力理論本身。GW190728的波形異常，也完全可能來自某種尚未充分考慮的常規(guī)天體物理因素。

這項研究的意義不在于"找沒找到"，而在于它開辟了一條全新的思路。過去四十年，科學(xué)家用幾十噸重的液態(tài)氙探測器在地下苦苦守候WIMP，什么都沒守到。如今，也許答案早已藏在已經(jīng)收集了幾百次的引力波數(shù)據(jù)里，等待更精確的模型將它翻出來。

LVK網(wǎng)絡(luò)目前正在進(jìn)行第四輪觀測，預(yù)計將積累數(shù)百個新的引力波事件。更多數(shù)據(jù)意味著更多機(jī)會讓GW190728的"異常"要么被證實，要么被推翻。尋找暗物質(zhì)這件事，終于有了一把新工具，而它用的不是光，是時空本身的漣漪。