暗物质可能在我们周围摆动时空，科学家可能终于知道如何探测它了

宇宙中有一种神秘的物质，它不发光也不反射光，它不和其他物质发生任何相互作用，除了引力。它就是暗物质，它占据了宇宙中物质的绝大部分，却又难以被我们直接探测到。暗物质是什么？它是如何影响宇宙的演化和结构的？我们又该如何寻找它的踪迹呢？

这些问题困扰着许多科学家，他们不断地提出各种假说和理论，试图揭开暗物质的面纱。最近，一项新的理论研究引起了人们的注意，它表明，科学家也许很快就能利用下一代卫星舰队探测到暗物质在我们周围轻轻摆动时空的痕迹。这一研究为暗物质的探测提供了一个全新的思路，也让我们对宇宙中最神秘的实体有了更多的了解。

暗物质是一种鲜为人知的物质，它不会发射、吸收或反射光线，但却对其他物质产生明显的引力影响。尽管暗物质在太空中的含量是普通物质的五倍以上，但暗物质的组成和性质仍然完全未知。

为了解决这个问题，德国电子同步加速器（DESY）加速器中心的理论物理学家金亨镇提议使用引力波探测器来搜寻暗物质粒子。关于暗物质粒子的性质有很多假设，它们在星系中大量聚集形成所谓的光环。在2023年12月发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上的这篇新论文中，金假设这些粒子可能非常轻，正如许多流行的暗物质理论所预测的那样。"超轻粒子通常出现在许多超越标准模型的理论中，"Kim他补充说，其中一些粒子是暗物质的 “完美候选者”，对这一难以捉摸的实体的行为方式产生了一些有趣的影响。

"Kim说："与其他’粒子’暗物质候选者不同，超轻暗物质粒子的行为更类似于经典电磁波。

暗物质的波特性可能会导致意想不到的行为。特别是，最近的理论研究表明，星系光环内暗物质的密度应该会发生随机变化，使整个星系发生颠簸，并可能留下暗物质构成的微妙线索

"金说："想象一下海洋中的波浪；我们经常看到海面上有波动，它以不可预测的方式演变。"同样的情况也会发生在超轻暗物质光环中，"Kim补充说，由此产生的波动可能会延伸到地球与太阳之间距离的数百万倍。

如果暗物质是超轻的，如果它确实表现得像波一样，那么科学家就有可能用引力波探测器探测到它的运动。根据爱因斯坦的广义相对论，引力波是时空结构中的涟漪。

当这种波通过引力波探测器时，会改变内部空间的几何形状，暂时改变探测器内两面镜子或其他类似物体之间的距离。这种微小的变化使科学家们能够探测到引力波的存在。

金在他的研究中提出，这个距离不仅可能被引力波改变，也可能被移动的暗物质波动改变，暗物质波动可能用它的引力场吸引镜子，就像地球吸引在它周围旅行的天体一样。

"金说："这些波动在太阳系内随机移动，不断轰击引力波探测器。

为了了解现代引力波探测器是否能从理论上探测到超轻暗物质的影响，Kim 计算了不同大小的暗物质粒子可能对时空产生的扰动。Kim必须探索广泛的质量范围–从比电子质量小约16到28个数量级。

他的理论分析表明，对于所有这些质量，现有的探测器，如 2015 年帮助证明引力波存在的激光干涉引力波天文台（LIGO），将无法探测到暗物质波动，因为它们的灵敏度太低。

然而，有几个未来引力波探测器项目将设在太空中，其卫星之间的距离不会像 LIGO 的反射镜之间的距离那样只有几英里，而是大约大一百万倍。如果这个距离发生变化，哪怕是很小的一部分，变化的幅度也应该非常大，以至于暗物质的影响应该是可以测量的。

"金说："我发现暗物质波动轰击可能会在引力波探测器中留下一个独特的信号，未来的天基探测器可能能够测试超轻暗物质的假说。"我的建议是利用未来的空间引力波探测器，如激光干涉仪空间天线（LISA）。

由于 LISA 目前计划于 2030 年代中期发射，这一理论可能还需要十多年才能得到验证。不过，金补充说，与此同时，可能还有其他方法可以探测暗物质对时空的影响。

"他说："我目前正在研究将快速旋转的中子星作为探测这种波动的另一种方法的前景。

中子星是一种极端的天体，它们是恒星死亡后的残骸，它们的质量大约是太阳的一倍，但却只有城市大小，它们的密度非常高，它们的表面重力是地球的上亿倍，它们的磁场是地球的上千万倍，它们的自转速度也非常快，有些中子星每秒可以旋转上百次。

中子星的这些特性使它们成为探测暗物质的理想工具。金认为，如果暗物质波动通过中子星，它们可能会改变中子星的自转速度，这种变化可以通过观测中子星发出的电磁脉冲来测量。这些脉冲通常非常稳定，就像宇宙中的时钟一样，但是如果它们受到暗物质的影响，它们可能会出现微小的偏差，这些偏差可能会暴露暗物质的存在。

"金说："我正在计算暗物质波动对中子星自转的影响，以及我们是否能够用现有的或未来的望远镜来探测到它。"这是一个非常有趣的课题，因为中子星是一种非常特殊的天体，它们的物理性质非常极端，而且它们也是一种非常强大的引力波源。

金的研究为暗物质的探测提供了一个新的视角，也让我们对宇宙中最神秘的实体有了更多的期待。