黑洞相撞的「弦外之音」，成偵測暗物質新方法
物理學家發明一種新方法，透過「傾聽」黑洞相撞產生的重力波尋找宇宙最神祕暗物質留下的印記，或許還能進一步從地球偵測到的重力波發現暗物質痕跡。
暗物質及暗能量占宇宙構成 95%，但它們對人類技術來說是完全隱形的存在，不跟光或電磁波反應，與周圍環境相互作用唯一方式是透過重力。
麻省理工學院物理系博士後 Josu Aurrekoetxea 表示，我們知道暗物質就在周圍，但它的密度必須夠大才能被看見影響力，而黑洞有幸做為增強暗物質密度的媒介，我們可藉由分析黑洞合併釋出的重力波尋找暗物質，辨識黑洞合併是否發生在濃密暗物質雲環境。
這道新方法關鍵在於暗物質由「超輕量」粒子組成。理論學家預測，這類暗物質靠近黑洞移動時不僅表現粒子行為，還表現出協調波特性，當暗物質波與快速旋轉的黑洞接觸，黑洞旋轉能量會轉移給暗物質從而「放大」它們存在，這種現象稱為超輻射（superradiance），可將暗物質波激至極高密度，類似把奶油攪成稠密黃油。
一旦如此，超輕量暗物質應該會在黑洞碰撞釋出的重力波留下印記。不過我們如何辨識這種印記？又能否在從旅行數百萬光年後抵達地球的重力波偵測到？
可能帶暗物質痕跡的 GW190728 事件
Josu Aurrekoetxea 團隊為此開發一個新模型，預測雙黑洞在濃稠暗物質雲環境、真空（沒有暗物質）碰撞產生的重力波形式有何異同，接著將模型應用於重力波天文台前三輪觀測公開數據，專注分析 28 個清晰訊號。
研究驚喜抓到一個「嫌疑犯」，其中 27 個完全符合黑洞碰撞發生於真空的預測結果，但 GW190728 事件波形顯現另一種「偏好」，與暗物質環境模型更吻合；換句話說，這條訊號可能帶有暗物質痕跡。
科學家先前已確定 GW190728 事件起源於總質量約太陽質量 20 倍的雙黑洞，新模型表明該系統很可能於一團密集暗物質雲內合併。
不過團隊謹慎強調，單一訊號統計顯著性（證據強度）不夠高，不足以宣布真正發現暗物質，後續還需其他團隊獨立驗證。
隨著重力波探測器未來收集越來越多數據，或許我們能透過新方法從黑洞相撞震盪揪出暗物質尾巴。
新論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。
（首圖來源：麻省理工學院）