暗物质是目前对宇宙理解的一个重要假设。然而，暗物质的元素身份尚不清楚，它的未来发现仍然是宇宙学和粒子物理学领域的主要目标。
一组来自孟买塔塔基础研究所、班加罗尔印度科学研究所和加州大学伯克利分校的理论物理学家提出了一种探测暗物质的新方法。该方法利用引力波搜索，通过预测暗物质对中子星的影响来寻找暗物质。
Sulagna Bhattacharya是TIFR的研究生，也是发表在《物理评论快报》上的这项研究的主要作者，他解释说，星系中的暗物质粒子可以在中子星中积累，这是由于它们的非引力相互作用。聚集的粒子形成一个致密的核心，在暗物质粒子重且没有反粒子对应的情况下，这个核心坍缩成一个极小的黑洞;这是一种在实验室实验中难以验证的场景。
在允许的暗物质粒子质量的大范围内，初始种子黑洞消耗其宿主中子星，并将其转化为中子星质量黑洞。至关重要的是，恒星演化理论预测，当中子星的质量超过太阳质量的2.5倍时，黑洞就会形成，正如托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限所编码的那样，但这里暗物质导致的是低质量黑洞，通常比最大的中子星还要小。
阿努帕姆·雷(Anupam Ray)是这项研究的共同负责人，他指出:“对于尚未被任何其他实验排除的暗物质参数，银河系密集区域的古老双中子星系统应该已经进化成双黑洞系统。”如果我们没有看到任何异常的低质量合并，它就会对暗物质施加新的限制。”
有趣的是，LIGO探测到的一些事件，例如GW190814和GW190425，似乎至少涉及一个低质量致密天体。基于霍金和泽尔多维奇在20世纪60年代的开创性工作，一个诱人的建议是，低质量黑洞可能是一个原始起源，即由非常罕见但密度大的早期宇宙波动产生的。
在这些考虑的推动下，LIGO合作项目开始了对低质量黑洞的定向搜索，并设定了限制。巴塔查里亚及其合作者目前的研究表明，LIGO同样没有探测到低质量合并，这也对暗物质粒子施加了严格的限制。
本研究提出的约束条件具有重要的价值，因为它们探索的参数空间远远超出了当前陆地暗物质探测器(如XENON1T, PANDA, LUX-ZEPLIN)的范围，特别是对于重暗物质粒子。
预计低质量黑洞的合并不仅可以使用现有的引力波探测器，如LIGO、VIRGO和KAGRA，还可以使用即将推出的探测器，如高级LIGO、宇宙探索者和爱因斯坦望远镜。考虑到当前引力波实验的计划升级，并考虑到它们增加的灵敏度和观测时间，该研究预测了未来十年可能获得的约束条件。
特别是，研究表明，引力波观测可以探测到重暗物质的极其微弱的相互作用，远低于所谓的“中微子底”，传统的暗物质探测器必须与天体物理中微子背景相抗衡。相反，如果将来发现外来的低质量黑洞，它可能是关于暗物质本质的有价值的线索。
作者在结尾处乐观地写道:“引力波探测器已经被证明可以直接探测到爱因斯坦预测的黑洞和引力波，最终可能也会成为测试暗物质理论的有力工具。”
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希望本篇文章《引力波探测器在暗物质探测中的应用与前景》能对你有所帮助！
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