研究称暗物质或冷却的“原始汤”可能会产生引力波

导读：据外媒New Atlas报道，就在几个月前，科学家们报告了对极低频引力波的探测。

据外媒New Atlas报道，就在几个月前，科学家们报告了对极低频引力波的探测。现在，两位德国天体物理学家研究了两个有趣的可能来源--宇宙大爆炸后的宇宙冷却，以及可能是暗物质的粒子场。

引力波于2015年首次被探测到，在爱因斯坦预言它们存在的一个世纪后，引力波是穿过时空结构本身的涟漪。它们通常是由宇宙大灾难发出的，比如黑洞或中子星之间的碰撞。

这些事件产生的信号短而尖锐，在几秒钟甚至更快的时间内冲刷地球。但也有人预测，应该有一个稳定的背景场，由波长巨大的平缓波组成，可能需要一年多的时间才能从我们身边经过。这些都是更难捕捉到的，需要比地球上能建造的更大的探测器。

但在1月份，NANOGrav合作报告了第一次检测到这些波，频率很低，大约10-8赫兹。这些是通过观察银河系中一系列明亮的脉冲星，观察它们的光如何在不同的时间间隔被拉伸或挤压，因为它跟随背景引力波的起伏而变化。

在这项新的研究中，美因茨大学的科学家们调查了可能产生这些涟漪的原因。他们发现，该信号符合两种位于物理学标准模型之外的情况：早期宇宙中的相变，以及可能构成暗物质的类轴子粒子场。

“尽管到目前为止，这些数据只是为我们提供了低频引力波存在的第一个暗示，但对我们来说，与它们合作仍然是非常令人兴奋的，”该研究的共同作者Wolfram Ratzinger说。“这是因为这种波可能是由早期宇宙中发生的各种过程产生的。我们现在可以利用我们已经拥有的数据来决定，其中哪些是考虑到的，哪些完全不符合数据。”

研究人员认为，宇宙大爆炸之后，宇宙中充满了夸克-胶子等离子体--一种由基本粒子组成的密集的 “原始汤”--慢慢冷却成我们今天看到的各种物质。这种相变被认为产生了巨大的动荡，可以作为低频引力波被探测到。

有趣的是，这些信号可以让科学家们看到早期宇宙的幕后，以前无法接触到的情况。宇宙微波背景(CMB)是一种弥漫在宇宙中的辐射场，通常被描述为大爆炸的“余晖”。然而，这个场遮蔽了望远镜所能看到的宇宙最早的日子，这意味着我们能看到的最远的时间是在大爆炸后30万年左右。这些引力波可能携带着在此之前的信息。

第二种情况是，低频引力波是由 “暗物质场”产生的。轴子是一种假设的基本粒子，如果它们存在的话，被认为是以波的形式漂浮在宇宙中，很少与正常物质相互作用。因此，它们被提出为暗物质的候选者。

新研究团队认为，一个类似于轴子的粒子场可能是引力波信号的原因。这些类轴子粒子场会将能量转移到另一种被称为暗光子的假设粒子上，这将是一种类似于我们熟悉的电磁光子的力载体。该团队表示，这种能量转移会放大暗光子场中的量子波动，而暗光子场中的量子波动可能会成长为检测到的那种引力波背景。

研究人员表示，在这两种情况中，相变是更有可能的候选方案。不过他们也指出，原团队的结论--波纹代表超大质量黑洞之间碰撞的背景噪音--仍然是最整齐的解释。但无论如何，进一步的调查都有可能帮助解开来自标准模型之外的秘密。

“这是我们工作的第一个但重要的进展--它给了我们很大的信心，有了更精确的数据，我们就可以得出可靠的结论，了解引力波从早期宇宙向我们传递的信息，”研究人员说。

这项研究发表在《SciPost Physics》杂志上。