放大的时空涟漪拨开暗物质的迷雾

作者: 曹硕、刘宇婷

来源: 赛先生天文

发布日期: 2022-05-03 18:58:00

本文探讨了引力波和引力透镜在宇宙中的作用,以及如何利用这些现象来探索暗物质的秘密。文章详细介绍了引力波和引力透镜的基本概念,以及它们如何影响我们对宇宙的理解。此外,文章还讨论了暗物质的特性和其在宇宙中的重要性,以及如何通过未来的引力波探测器来研究暗物质的性质。

如果说“时空的涟漪”引力波给引力的故事画上了句号,那么宇宙中的“放大镜”引力透镜能否放大这些涟漪呢?如果放大镜与时空涟漪合为一体,又会发生什么?这或许能为我们揭开暗物质的秘密。

引力透镜被称为“宇宙中的放大镜”,是一种大质量天体改变其周围时空的特性,从而使光线在其附近传播时路径发生弯折的现象。引力波被称为“时空的涟漪”,是广义相对论中“物质弯曲时空”的表现。

如果说引力波被成功探测到之前,关于“放大的时空涟漪”的研究寥若晨星,那么之后则是浩如烟海。人们开始讨论引力透镜放大率对引力波探测能力的影响,预测产生引力波的引力透镜效应的事件率,引力波的传播速度等等。今天,我们就说说利用引力波引力透镜效应探索暗物质的故事。

如果说引力波具有超强“隐身术”,那么暗物质的存在则是完全避过了人类的感知。相对于宇宙中的普通物质,暗物质看不见、摸不着、测不到,却又实实在在存在于宇宙,并且掌握着近27%的话语权。

作为宇宙中除暗能量外最为重要的神秘物质成分,暗物质在宇宙演化过程中的作用可能远远超出人们的预期。在广义相对论和标准宇宙学模型框架下,“引力波在宇宙中完全透明”是当代引力波天文学和物理学的基本假设。

前面提到过:引力透镜可以对引力波产生许多影响。如果引力波传播过程中遇到星系等大质量天体时,会产生强引力透镜效应,那么引力波探测器可能会检测到同一事件具有时间延迟的多个图像。也就是说,我们可以得到时间延迟距离的精确观测值。

虽然人类现在还没有真实地探测到暗物质粒子,但是我们要敢于想象、寻找众多不可能中的一点点可能性。就像爱因斯坦所说的,“想象力就是一切”。

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