银河系中超轻暗物质存在的新限制
银河系中超轻暗物质存在的新限制。鸣谢:uux.cn/David Champion/MPIfR。
（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（英格丽德·法德利）：暗物质由不反射、不发射也不吸收光的粒子组成，据预测构成了宇宙中的大部分物质。然而，它缺乏与光的相互作用，妨碍了用传统的实验方法直接检测它。
几十年来，物理学家一直在试图设计替代方法来检测和研究暗物质，但关于它的性质和它在我们银河系中的存在的许多问题仍然没有答案。脉冲星计时阵列(PTA)实验一直试图通过检查银河毫秒无线电脉冲星(即定期发射毫秒长无线电波脉冲的天体)的计时来探测所谓的超轻暗物质粒子的存在。
欧洲脉冲星计时阵列(European Pulsar Timing Array)是一个由不同研究所的研究人员组成的跨国团队，他们使用6架遍布欧洲的射电望远镜来观察特定的脉冲星，最近分析了他们收集的第二波数据。他们的论文发表在《物理评论快报》上，对银河系中超轻暗物质的存在提出了更严格的限制。
“这篇论文基本上是我第一个博士项目的结果，”论文的合著者Clemente Smarra告诉Phys.org。“当我问我的导师我是否可以从粒子物理学的角度进行引力波科学的研究时，我产生了这个想法。该项目的主要目的是限制我们银河系中所谓的超轻暗物质的存在。”
超轻暗物质是一种假设的暗物质候选者，由非常轻的粒子组成，可能会解决天体物理学领域长期存在的秘密。斯马拉和他的同事最近的研究旨在通过欧洲脉冲星计时阵列收集的数据，探索我们银河系中可能存在这种类型的暗物质。
“我们受到了该领域先前努力的启发，尤其是受到了Porayko及其合作者的启发，”Smarra说。“由于我们的数据集持续时间更长、精度更高，我们能够对银河系中超轻暗物质的存在进行更严格的限制，”
欧洲脉冲星计时阵列最近的论文做出了与过去其他研究不同的假设。它没有探索暗物质和普通物质之间的相互作用，而是假设这些相互作用只通过引力效应发生。
“我们假设暗物质只通过引力相互作用与普通物质相互作用，”斯马拉解释道。“这是一个相当有力的主张:事实上，我们知道的关于暗物质的唯一确定的事情是它与引力相互作用。简而言之，暗物质产生了势阱，脉冲星无线电波束在其中传播。但是这些井的深度在时间上是周期性的，因此从脉冲星到地球的无线电波的传播时间也以独特的周期性变化。”
通过在欧洲脉冲星计时阵列发布的第二波数据中寻找这种特殊效应，Smarra和他的同事们能够为脉冲星周围超轻暗物质的存在设定新的约束。欧洲脉冲星计时阵列已经收集了近25年的数据，使用了位于欧洲不同地方的6台复杂的射电望远镜。
“根据我们的分析，我们可以排除特定质量范围内的超轻粒子可以构成全部暗物质，”斯马拉说。“因此，如果它们在那里，我们仍然需要其他东西来解释我们所看到的。这个结果相当可靠，因为我们专注于暗物质的引力相互作用，这是我们唯一确定的事情。”
欧洲脉冲星计时阵列最近的工作表明，质量为10-24.0 ev≲m≲10−23.3电子伏的超轻粒子不能构成100%的测量局部暗物质密度，其局部密度至多为ρ≲0.3电子伏/厘米3。这些新的限制可以指导该领域的进一步研究，有可能为未来寻找这种难以捉摸的暗物质候选物提供信息。
“我目前正计划探索脉冲星是否有能够告诉我们更多关于暗物质的信号，”斯马拉补充道。“而且，我对PTA理科普遍感兴趣；因此，我还想研究超大质量黑洞双星系统的天体物理模型，这被认为是我们最近观察到的随机引力波背景的一个令人信服的解释。”
