暗物质身世之谜：引力波成头号候选

德国美因茨大学教授Joachim Kopp与英国斯旺西大学博士Azadeh Maleknejad合作开展的一项新研究显示，引力波可能在我们宇宙形成早期阶段负责产生了暗物质。3月31日，他们的成果发表在《物理评论快报》上，通过计算探索了一种新机制，即通过所谓的随机引力波形成暗物质。

图片展示了我们宇宙演化的各个阶段以及随机引力波形成的阶段。图片来源：Azadeh Maleknejad

通过这种方式，他们为解答粒子物理学中的一个基本问题做出了贡献。行星、恒星，甚至地球上的生命都由可见物质构成。这类物质仅占我们宇宙的约4%。绝大部分是不可见的，由暗物质和暗能量组成。例如，暗物质约占我们宇宙的23%。

天体物理观测证实，暗物质弥漫整个宇宙，并构成了星系以及宇宙中已知的最大结构。然而，构成暗物质的粒子仍然未知。许多理论和正在进行的实验都在寻找答案。

引力波是时空中的一种涟漪，通常源于宇宙中一些最剧烈、能量最高的过程，例如两个黑洞或中子星合并时。而随机引力波则由不同现象引起，不涉及大质量宇宙天体的参与。

因此，它们较弱的信号构成了众多波在宇宙中传播时的背景噪声的一部分。然而，它们通常极其古老。它们的许多起源现象发生在宇宙发展的最早阶段。

“我们研究了引力波（被认为在早期宇宙中无处不在）部分转化为暗物质粒子的可能性。”Kopp解释说。“这导致了一种以前未被研究过的暗物质产生新机制。”

Kopp和Maleknejad在他们的研究中表明，引力波很可能导致了无质量或近乎无质量的费米子的形成。费米子粒子家族包括电子、质子和中子等。这些来自早期宇宙的费米子随后会获得质量，并形成至今仍存在的暗物质粒子。

“发展这一研究方向的下一个步骤是超越我们的分析估算，进行数值计算以提高我们预测的准确性。未来研究的另一个方向是探索早期宇宙中引力波的其他可能效应。其中一个例子是一种可以解释众所周知的粒子与反粒子产生差异的机制。”Kopp说。