來自過去的低語_風聞

　　翻譯：葛文迪

　　校對：遊小波 苗陽 陳昱光

　　編排：胡暖暖

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦  徐⑨坤 胡永葳

　　原文鏈接：https://phys.org/news/2021-03-dark-side-gravitational-reveal.html

　　NANOGrav團隊捕捉到了一些特低頻引力波的跡象。Pedro Schwaller教授和Wolfram Ratzinger教授對數據進行了分析，並特別考慮了這是否可能指向標準模型之外的新物理學。他們在一篇發表於SciPost Physics期刊的文章中指出，這些引力波信號與早期宇宙相變和存在大量極輕類軸子粒子（ALPs）相一致。後者被認為是暗物質的可能對象。

　　引力波為我們打開了一扇面朝早期宇宙的窗户。宇宙微波背景輻射無法直接提供宇宙最早三十萬年的信息，但也留下了一些宇宙大爆炸的蛛絲馬跡。美因茨約翰內斯古騰堡大學（JGU）的理論物理教授Pedro Schwaller解釋道：“正是這個早期宇宙才讓粒子物理學家如此興奮，夸克和膠子等基本粒子正是在這個時期出現，隨後才結合成為構成原子核的一磚一瓦。”

　　地球嵌入被引力波變形的時空，引力波也對來自被觀測脈衝星的無線電波產生影響。圖片來源：NANOGrav/T. Klein

　　NANOGrav團隊首次探測到的引力波的特殊之處，在於其頻率低至 10-8Hz，大約相當於一年振動一次。由於其相應的波長很長，那麼要探測到它，探測器也要一樣長。因為這麼大的探測器不可能在地球上，所以NANOGrav的天文學家們將遙遠的脈衝星及其光信號用作巨大的探測器。

　　Wolfram Ratzinger簡述了他們的研究動機：“儘管目前的數據只給我們提供了低頻引力波的一點線索，但是研究它們還是讓我們十分興奮。這是因為這樣的引力波可能是由發生在早期宇宙的許多過程產生的。我們現在可以通過已有數據判斷，哪些過程是可能的而哪些過程是與數據相違背的。”

　　最終，美因茨大學的科學家決定細緻分析兩個產生觀測到的引力波的可能情景：早期宇宙的相變和極輕類軸子粒子組成的暗物質場。這些相變是由於宇宙大爆炸後原始湯的温度降低等原因引起的，並會造成大量湍流的形成。不過，這些相變與暗物質一樣，都超出了標準模型。

　　根據現有的數據，Pedro Schwaller和Wolfram Ratzinger以相對謹慎的態度解釋了他們的分析結果：“早期相變也許是更有可能發生的情況。”另一方面，這兩位物理學家相信，僅僅根據有限的數據，他們就可以計算出某些可能性，這一事實證明了他們的方法具有很大潛力。“我們的工作是開創性的，但同時是非常重要的進展，它給了我們很大信心，通過對更精確數據的研究，我們可以就引力波傳遞給我們的早期宇宙的信息，獲得更可靠的結論。”

　　Pedro Schwaller總結説：“此外，我們已經可以開始確定這些情況的某些特徵，並對它們施加約束，在我們的例子中，這些特徵是相變的強度和軸子的質量。”

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圖源：Andrew Rader