引力波可能揭示暗物质将中子星转变为黑洞 - 物理世界

印度的一个理论物理学家团队证明，引力波可以揭示暗物质在中子星转变为黑洞过程中所扮演的角色。

暗物质是一种假设的、不可见的物质，用于解释星系和星系团等大型结构的奇怪行为——这些行为无法仅用引力来解释。

如果存在的话，暗物质必定通过引力与普通物质相互作用。 然而，一些模型预测暗物质也可以通过非常弱的非引力相互作用与普通物质相互作用。

微弱但足够

“非引力相互作用意味着[暗物质粒子]预计会与质子和中子发生某种相互作用，” 苏拉尼亚·巴塔查里亚 告诉 物理世界。 巴塔查亚是孟买塔塔基础研究所的研究生，他补充道：“这些相互作用可能非常微弱，但它们可能足以让暗物质粒子被捕获在中子星内部”。

中子星是作为超新星爆炸的大质量恒星的致密核心残余物。 它们非常小，直径可能有十几公里，但质量比太阳还要大。 中子星的核心非常致密，可以增加正常物质和暗物质之间相互作用的可能性。

中子星的最大理论质量为 2.5 个太阳质量，但实际上大多数中子星要小得多，约为 1.4 个太阳质量。 大于2.5个太阳质量的中子星将经历引力塌缩形成黑洞。

弥合差距

恒星质量黑洞也可以直接由超新星（大恒星爆炸）形成，但理论模型表明黑洞不应存在于 2-5 个太阳质量的情况下。 直到最近，这一点还得到了观察证据的支持。 然而，从2015年开始，对黑洞对合并引力波的观测揭示了这个质量间隙中存在黑洞。

例如， GW 190814 是 2019 年检测到的一次引力波事件，涉及一个质量在 2.50-2.67 个太阳质量之间的物体。 另一个神秘事件是 GW 190425，也在 2019 年检测到，其中组合物体的质量为 3.4 个太阳质量。 这比任何已知的双中子星系统的总质量都要高得多。

现在巴塔查亚 (Bhattacharya)，她的主管 巴苏德布·达斯古普塔，加 兰詹·拉哈 印度科学研究所 阿努帕姆射线 加州大学伯克利分校的研究人员提出，暗物质在中子星核心内积累会增加核心密度，使其塌缩成微型黑洞。 然后这个黑洞会长大并吞没中子星。 结果将是一个质量低于预期的黑洞。 而且，对这种低质量黑洞的探测将成为暗物质存在的诱人证据。

“天体物理学上的异国情调”

巴塔查亚 (Bhattacharya) 说：“这些致密天体在天体物理学上是奇异的。”他是一篇论文的主要作者，该论文描述了这一假设。 “物理评论快报”。 他们的论文将 GW 190814 和 GW 190425 视为合并，可能涉及在暗物质的帮助下形成的黑洞。

巴塔查亚表示，无论中子星转变而来的黑洞是否存在，寻找它们都将提供“对暗物质与核子相互作用的一些重大限制”。 因此，观察到的越来越多的合并可以让物理学家评估不同的暗物质模型。

詹姆斯韦伯太空望远镜可能已经观测到由暗物质驱动的恒星  

另一种可能性是，在 GW 190814 和 GW 190425 中观测到的低质量天体是大爆炸后立即形成的原始黑洞。 然而，一些理论表明，原始黑洞可能是暗物质的组成部分，因此研究合并可以提供更多有关暗物质性质的信息。

事实上，使用引力波寻找暗物质证据的关键优势在于，它是我们检测暗物质与正常物质微弱非引力相互作用的最灵敏手段。

这是因为观测引力波不受“中微子底板”的影响，这限制了旨在直接探测暗物质的实验。 地板指的是中微子是暗物质探测器中背景噪声的重要来源，例如 豪华齐普林.

“我们建议的方法可以探测由于有限的曝光和探测器灵敏度而超出这些地面探测器覆盖范围的区域，”巴塔查里亚说。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-could-reveal-dark-matter-transforming-neutron-stars-into-black-holes/