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2016年2月11日 ， 激光干涉引力波天文台（LIGO）的研究人员首次宣布探测到引力波（GW） 。 正如爱因斯坦的广义相对论所预言的那样 ， 这些波是由大质量物体合并而产生的 ， 它在时空中产生的涟漪可以被我们探测到 。 从那时起 ， 天体物理学家们从理论上阐述了无数种方法 ， 可以用引力波来研究重力和粒子物理标准模型之外的物理 ， 并增进我们对宇宙的理解 。
到目前为止 ， 引力波被认为是研究暗物质、中子星和超新星内部、超大质量黑洞合并等的一种方法 。 在最近的一项研究中 ， 来自阿姆斯特丹大学和哈佛大学的一组物理学家提出了一种方法 ， 在旋转的黑洞周围 ， 引力波可以用来寻找超轻玻色子 。 这种方法不仅提供了一种新的方法来辨别双黑洞的性质 ， 而且很可能会在标准模型之外发现新粒子 。
这项研究是由阿姆斯特丹大学引力天体粒子物理（GRAPPA）的研究人员进行的 ， 由台北大学理论物理中心和哈佛大学提供支持 。 描述他们工作的论文题为“黑洞双星云中玻色子云的尖锐信号” ， 最近发表在《物理评论快报》上 。
众所周知 ， 随着时间的推移 ， 正常物质会落入黑洞 ， 这将在其外缘形成吸积盘（又称事件视界） 。 这个圆盘将被加速到不可思议的速度 ， 使其中的物质变得过热 ， 并释放出大量的辐射 ， 同时慢慢地被吸积到黑洞的表面 。 然而 ， 在过去的几十年里 ， 科学家观察到黑洞会通过一种被称为“超辐射”的过程释放出一些质量 。
【我们可以通过引力波在黑洞周围发现新的粒子种类】斯蒂芬·霍金研究了这一现象 ， 他描述了旋转的黑洞如何释放出辐射 ， 在附近的观察者看来是“真实的” ， 但在远处的观察者看来是“虚拟的” 。 在将辐射从一个参照系传递到另一个参照系的过程中 ， 粒子本身的加速度会导致它从虚坐标系转换为实坐标系 。 这种奇异的能量形式被称为“霍金辐射（Hawking Radiation）” ， 它会在黑洞周围形成低质量粒子云 。 这就产生了“引力原子（gravitational atom）” ， 之所以这样命名 ， 是因为它们与普通原子（围绕核的粒子云）相似 。
虽然 ， 科学家们知道这种现象的发生 ， 但他们也明白 ， 只有在标准模型之外存在一种新的超轻粒子 ， 才能解释这种现象 。 这就是这篇新论文的重点 ， 主要作者丹尼尔·鲍曼（Daniel Baumann）和他的同事们研究了超辐射是如何导致黑洞周围自发形成不稳定的超轻玻色子云 。 此外 ， 他们孩认为 ， 引力原子和普通原子之间的相似之处 ， 比它们的结构更深 。
上图：“引力原子”艺术概念 ， 其中原子核（黑洞）被粒子云包围 。
简而言之 ， 他们认为二元黑洞可能会通过光电效应导致其云中的粒子电离 。 正如爱因斯坦所描述的 ， 这发生在电磁能（如光）与材料接触 ， 使其发射受激电子（光电子）时 。 当应用于双黑洞时 ， 鲍曼和他的同事展示了超轻玻色子云是如何吸收黑洞伴侣的“轨道能量”的 。 这将导致一些玻色子被弹射并加速 ， 这从黑洞的相关引力波信号中可以明显看出 。
最后 ， 他们展示了这一过程是如何通过减少物体合并所需的时间 ， 来显着改变双黑洞的演化 。 正如他们所说：
他们认为 ， 下一代引力波干涉仪 ， 比如 ， 激光干涉仪空间天线（LISA） ， 将会发现这些“缺陷” 。 这个过程可以用来发现一种全新的超轻粒子 ， 并提供有关“引力原子”云的质量和状态的直接信息 。 简而言之 ， 使用更敏感的干涉仪对全球光辐射进行的研究 ， 或将揭示奇异的物理现象 ， 从而促进我们对黑洞的理解 ， 并导致粒子物理的新突破 。
“在这个过程中损失的轨道能量可以压倒由于引力波发射造成的损失 ， 因此 ， 电离会驱动激励而不仅仅是扰乱它 。 我们表明 ， 电离能包含明显的特征 ， 导致发射的引力波频率演变过程中出现明显的'扭结' 。 ”
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