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翻译：葛文迪
校对：游小波 苗阳 陈昱光
编排：胡暖暖
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
原文链接：https://phys.org/news/2021-03-dark-side-gravitational-reveal.html
NANOGrav团队捕捉到了一些特低频引力波的迹象。Pedro Schwaller教授和Wolfram Ratzinger教授对数据进行了分析，并特别考虑了这是否可能指向标准模型之外的新物理学。他们在一篇发表于SciPost Physics期刊的文章中指出，这些引力波信号与早期宇宙相变和存在大量极轻类轴子粒子（ALPs）相一致。后者被认为是暗物质的可能对象。
引力波为我们打开了一扇面朝早期宇宙的窗户。宇宙微波背景辐射无法直接提供宇宙最早三十万年的信息，但也留下了一些宇宙大爆炸的蛛丝马迹。美因茨约翰内斯古腾堡大学（JGU）的理论物理教授Pedro Schwaller解释道：“正是这个早期宇宙才让粒子物理学家如此兴奋，夸克和胶子等基本粒子正是在这个时期出现，随后才结合成为构成原子核的一砖一瓦。”
地球嵌入被引力波变形的时空，引力波也对来自被观测脉冲星的无线电波产生影响。图片来源：NANOGrav/T. Klein
NANOGrav团队首次探测到的引力波的特殊之处，在于其频率低至 10-8Hz，大约相当于一年振动一次。由于其相应的波长很长，那么要探测到它，探测器也要一样长。因为这么大的探测器不可能在地球上，所以NANOGrav的天文学家们将遥远的脉冲星及其光信号用作巨大的探测器。
Wolfram Ratzinger简述了他们的研究动机：“尽管目前的数据只给我们提供了低频引力波的一点线索，但是研究它们还是让我们十分兴奋。这是因为这样的引力波可能是由发生在早期宇宙的许多过程产生的。我们现在可以通过已有数据判断，哪些过程是可能的而哪些过程是与数据相违背的。”
最终，美因茨大学的科学家决定细致分析两个产生观测到的引力波的可能情景：早期宇宙的相变和极轻类轴子粒子组成的暗物质场。这些相变是由于宇宙大爆炸后原始汤的温度降低等原因引起的，并会造成大量湍流的形成。不过，这些相变与暗物质一样，都超出了标准模型。
根据现有的数据，Pedro Schwaller和Wolfram Ratzinger以相对谨慎的态度解释了他们的分析结果：“早期相变也许是更有可能发生的情况。”另一方面，这两位物理学家相信，仅仅根据有限的数据，他们就可以计算出某些可能性，这一事实证明了他们的方法具有很大潜力。“我们的工作是开创性的，但同时是非常重要的进展，它给了我们很大信心，通过对更精确数据的研究，我们可以就引力波传递给我们的早期宇宙的信息，获得更可靠的结论。”
Pedro Schwaller总结说：“此外，我们已经可以开始确定这些情况的某些特征，并对它们施加约束，在我们的例子中，这些特征是相变的强度和轴子的质量。”
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图源：Andrew Rader