暗物质将中子星转化为黑洞，可以用引力波进行检验
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我们都知道，暗物质是宇宙中最神秘的成分之一，它占据了大约85%的物质。但是，我们对暗物质的本质知之甚少，只能通过它对可见物质的引力作用来探测它。目前，有许多实验在寻找暗物质与普通物质之间的非引力相互作用，但是都没有发现任何明确的信号。这可能意味着暗物质非常重，非常稳定，并且与普通物质的相互作用非常微弱。 如果暗物质真的是这样的话，那么它可能会对一些特殊的天体产生重要的影响，比如中子星。中子星是一种非常致密的恒星残骸，由大量的中子紧密堆积而成。由于中子星有很强的引力场，它们可以从银河系的暗物质晕中捕获暗物质粒子，并且让它们在内部沉积。如果暗物质粒子足够重，并且与中子有足够强的相互作用，那么它们就可以转化为能量，并且产生一个小黑洞。这个小黑洞会吞噬中子星，并且最终形成一个低质量的黑洞。
这种情况可能会发生在银河系中心附近，因为那里的暗物质密度非常高。事实上，有人观察到银河系中心缺少老年脉冲星，这可能是因为它们被暗物质转化为黑洞了。当然，也有其他可能的解释，比如脉冲星信号被遮挡或者衰减了。 那么，我们怎么样才能检验这个假设呢？一个可能的方法是利用引力波探测器来寻找低质量黑洞的并合事件。引力波是时空弯曲产生的波动，它可以由两个密集天体（比如黑洞或者中子星）围绕彼此旋转并且最终合并时产生。目前，有几个引力波探测器在运行，它们可以探测到不同频率范围内的引力波信号，并且可以估计出信号源的位置、距离和质量等参数。 如果银河系内部有很多低质量黑洞，并且它们与其他黑洞或者中子星形成双星系统，并且最终合并，那么我们就有可能在引力波探测器中看到这些事件。根据研究人员的估计，如果暗物质粒子是玻色子，并且与中子有交叉截面大于10^-47 cm²的相互作用，并且其质量在GeV到PeV之间（或者能够形成玻色-爱因斯坦凝聚态），那么LIGO O3运行期间（2019-2020年）应该能够探测到至少一个低质量黑洞并合事件。如果暗物质粒子是费米子，并且与中子有交叉截面大于10^-46 cm²的相互作用，并且其质量在10^3 PeV左右，那么LIGO O3运行期间应该能够探测到至少十个低质量黑洞并合事件。 然而，LIGO O3运行期间并没有探测到任何低质量黑洞并合事件。这意味着我们可以用这个结果来限制暗物质与中子的相互作用强度。当然，这个限制还依赖于一些不确定的因素，比如暗物质的分布、中子星的形成率和寿命、以及引力波探测器的灵敏度等。但是，如果我们假设一些合理的先验条件，那么我们就可以得到一些有意义的限制。 当然，这些限制还有很大的改进空间。如果引力波探测器能够提高灵敏度，并且观测更长的时间，那么就有可能探测到更多的低质量黑洞并合事件，或者给出更强的限制。研究人员预测，到本世纪末，LIGO将能够探测到交叉截面为10^-50 cm²的玻色子暗物质，或者探测到交叉截面为10^-49 cm²的费米子暗物质。这将是一个非常令人兴奋的结果，因为它将展示出引力波探测器作为暗物质探测器的巨大潜力。 总之，我们可以看到，引力波和暗物质是两个非常有趣的物理领域，它们之间有着紧密的联系。通过利用引力波探测器来寻找低质量黑洞并合事件，我们可以测试一种简单而又难以探测的暗物质模型：重、稳定、非湮灭、与中子微弱相互作用的暗物质粒子。这种方法不仅可以给出一些有力的限制，而且还有可能发现新的物理现象。 |
