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參考消息網4月28日報導美國《科學日報》網站4月14日發表題為《快速旋轉的黑洞可縮小尋找暗物質粒子的範圍》的報導稱，美國激光干涉儀引力波觀測臺（LIGO）的物理學家們利用黑洞尋找超輕玻色子。根據量子理論預測，超輕玻色子雲將放慢黑洞的旋轉速度。如果這種粒子確實存在，那麼所有一定質量的黑洞都應相對放慢旋轉速度。全文摘編如下：
超輕玻色子是一種假想粒子，據預測，其質量不到電子的十億分之一。它與周圍物質幾乎沒有相互作用，因而迄今難以發現以證實其存在。
如果超輕玻色子確實存在，諸如軸子這樣的超輕玻色子很可能是以暗物質的形式存在。暗物質就是那種占宇宙物質85%、神秘而無影無蹤的東西。
現在，美國激光干涉儀引力波觀測臺（LIGO）的物理學家們利用黑洞尋找超輕玻色子。根據量子理論預測，超輕玻色子雲將放慢黑洞的旋轉速度。如果這種粒子確實存在，那麼所有一定質量的黑洞都應相對放慢旋轉速度。
但物理學家發現，之前探測到的兩個黑洞旋轉速度太快，以至於不可能受到任何超輕玻色子的影響。由於其巨大的旋轉速度，這些黑洞的存在排除了超輕玻色子存在的可能性。
研究團隊的發現發表在《物理評論快報》周刊上，進一步縮小了尋找軸子及其他超輕玻色子的範圍。
這也是首次利用LIGO和「處女座」（Virgo）探測器觀測到的黑洞旋轉速度以及引力波數據來尋找暗物質。
麻省理工學院物理學副教授、論文作者之一薩爾瓦托雷·維塔爾說：「玻色子有不同種類，我們已發現了一種。可能還有其他各類玻色子，我們可以把這種分析應用到LIGO和Virgo未來多年不斷提供的數據集之中。」
論文作者包括麻省理工學院卡弗裡天體物理與空間研究所的研究生吳光揚（音），以及荷蘭烏得勒支大學與香港中文大學的研究人員。
科學家在超輕物質的巨大範圍內尋找超輕玻色子。他們迄今利用實驗室實驗和天體物理觀測，一小片一小片排除這種可能物質的廣闊空間。
本世紀初以來，物理學家就提出，由於超輻射效應，黑洞可能是另一種探測超輕玻色子的手段。
如果存在超輕玻色子，那麼它們可能會在適當的條件下與黑洞相互作用。量子理論假設，在極小尺度下，粒子難以用經典物理學加以描述，甚至不可能作為單獨的物體。這種尺度叫康普頓波長，與粒子質量成反比。
由於超輕玻色子極輕，所以其波長應該巨大。就一定質量範圍的玻色子而言，它們的波長可以與黑洞的大小不相上下。這種情形下，超輻射將迅速形成。然後，超輕玻色子將在黑洞周圍的真空形成，數量足以讓這種極微粒子共同對黑洞形成拉力，放慢其旋轉速度。
維塔爾說：「如果你跳上一個旋轉木馬，然後跳下來，就會偷走木馬的能量。這些玻色子對黑洞的作用也是這樣。」
科學家認為，這種玻色子帶來的降速現象可能發生在數千年間，以天體物理的尺度看，這算相對快速了。
吳說：「如果玻色子確實存在，我們認為適當質量的原有黑洞不可能有巨大的旋轉速度，因為玻色子雲會吸走大部分能量。這暗示我們，發現旋轉速度巨快的黑洞，就可以排除某種質量的玻色子的存在。」
吳與維塔爾將這種推理應用到LIGO和Virgo的黑洞測量中。LIGO和Virgo在「傾聽」引力波，也就是黑洞合併（被稱為「雙黑洞」）等遙遠巨變引發的震動。
研究小組仔細探究了LIGO和Virgo迄今發現的所有45個雙黑洞。這些黑洞的質量在太陽的10倍至70倍之間，如果它們與超輕玻色子相互作用，這些粒子的質量也介於一定電子伏特區間。
如果黑洞因相應質量範圍的超輕玻色子而放慢了旋轉速度，其轉速應為多少？研究小組為每個黑洞做出計算。根據他們的分析，兩個黑洞脫穎而出：GW190412和GW190517。正如物體都有最大速度一樣（光速），黑洞的旋轉速度也有極限。GW190517以接近極限的速度旋轉。研究人員計算發現，如果存在超輕玻色子，GW190517的旋轉速度將放慢一半。
維塔爾說：「如果存在，這些粒子會吸走大量角動量。它們真的是吸血鬼。」
研究人員也考慮到產生黑洞巨速旋轉、與此同時超輕玻色子仍然存在的其他可能情形。比如，黑洞可能因玻色子放慢轉速，但是隨後會通過與周圍吸積盤的相互作用而再次加快旋轉速度。
吳說：「計算一下，你就會發現黑洞要想達到我們今天看到的旋轉速度，會需要非常長的時間。所以，完全可以忽視這種加速效應。」
換言之，黑洞的高速旋轉不可能在超輕玻色子也存在的情況下發生。考慮到這兩個黑洞的質量和高速旋轉，研究人員可以排除一定質量的超輕玻色子的存在。
維塔爾說：「我們基本上排除了這種質量範圍的某種玻色子的存在。這項研究還表明探測引力波可以助尋基本粒子。」
資料圖片：雙黑洞即將對撞的藝術想像圖。