利用计算机模拟，一个国际宇宙学家小组发现，对合并黑洞产生的引力波的观测可能揭示暗物质的真实本质。他们的发现将由伦敦大学学院的亚历克斯·詹金斯博士在今天的2023年国家天文学会议上发表。
该团队利用计算机模拟研究了在不同种类暗物质的模拟宇宙中引力波信号的产生。他们的发现表明，计算下一代天文台探测到的黑洞合并事件的数量，可以告诉我们暗物质是否与其他粒子相互作用，让我们对暗物质的构成有了新的认识。
宇宙学家普遍认为暗物质是我们对宇宙理解中最大的缺失部分之一。尽管有强有力的证据表明暗物质占宇宙中所有物质的85%，但目前对其潜在性质还没有达成共识。这包括诸如暗物质粒子是否会与原子或中微子等其他粒子碰撞，或者它们是否会不受影响地直接穿过它们等问题。
一种测试方法是观察星系是如何在被称为“晕”的稠密暗物质云中形成的。如果暗物质与中微子发生碰撞，暗物质结构就会变得分散，从而导致更少的星系形成。这种方法的问题在于，任何消失的星系都非常小，离我们很远，所以即使使用最好的望远镜，也很难看到它们是否在那里。
这项研究的作者建议使用引力波来间接测量它们的丰度，而不是直接瞄准消失的星系。他们的模拟表明，在暗物质确实与其他粒子碰撞的模型中，遥远宇宙中的黑洞合并明显减少。虽然这种效应太小，目前的引力波实验无法观测到，但它将成为目前正在计划的下一代天文台的主要目标。
作者希望他们的方法将有助于激发利用引力波数据探索宇宙大尺度结构的新想法，并为暗物质的神秘本质带来新的曙光。
杜伦大学的合著者索纳克·博斯博士说:“暗物质仍然是我们对宇宙的理解中持久的谜团之一。这意味着继续寻找探索暗物质模型的新方法，结合现有和新的探测器来充分测试模型预测是特别重要的。引力波天文学提供了一条途径，不仅可以更好地理解暗物质，还可以更广泛地理解星系的形成和演化。”
悉尼大学的马库斯·莫斯贝克(Markus Mosbech)是另一位合著者，他补充说:“引力波为我们提供了一个观察早期宇宙的独特机会，因为它们不受阻碍地穿过宇宙，下一代干涉仪将足够灵敏，可以探测到远距离的单个事件。”
研究小组的另一名成员，伦敦国王学院的Mairi Sakellariadou教授说:“第三代引力波数据将提供一种新颖而独立的方式来测试描述我们宇宙演化的当前模型，并揭示暗物质尚不为人知的本质。”
