《物理评论快报》（Physical Review Letters）最近的一项研究探讨了超轻暗物质在极端质量比吸气（EMRIs）中的影响，这种影响可以被未来的空间引力波探测器探测到，比如LISA（激光干涉仪空间天线）。
鉴于提出的暗物质形式众多，科学家们正在研究多种探测暗物质的方法。
这项研究的重点是了解超轻暗物质与极端质量比吸气（EMRIs）的关系。这些系统由一个超大质量黑洞（SMBH）和一个较小的天体（可能是一颗恒星或另一个黑洞）组成。
当较小的恒星物体螺旋进入SMBH时，这些系统发出的引力波可以指向这些系统内部和周围超轻暗物质的行为。
Phys.org采访了这项研究的作者，以更好地了解他们的工作。
谈到研究团队背后的动机，马克斯普朗克引力物理研究所博士后研究员、该研究的第一作者弗朗西斯科杜克博士说：“了解暗物质的基本性质是现代物理学中未解决的主要问题之一。
“我们知道它必须存在，星系才能形成并进化到现在的状态。但黑暗只是一种奇特的说法，我们不知道它是什么，除了它与标准模型中的其他粒子相互作用很弱。”
超轻暗物质由小质量暗物质粒子组成，模型为标量玻色子，没有固有自旋。这就产生了一个标量场，它在空间中均匀分布，类似于温度在房间中的均匀分布。
这种类型的暗物质以不同的形式出现，比如模糊暗物质和玻色子云。这些粒子比电子轻1028倍。
模糊暗物质不像传统的暗物质粒子那样聚集。相反，由于粒子质量小，它在大尺度上表现出明显的波状行为。在小尺度上，模糊暗物质可以影响星系结构的行为。
另一方面，玻色子云是在旋转黑洞周围发现的。玻色子云利用黑洞的能量并增大，导致能量分散而不是被黑洞吸收。这个过程被称为超辐射。
如果这些超轻暗物质的理论形式存在于EMRIs中，它可能会改变这些系统发出的引力波。
虽然早期的研究已经探索了环境对emri的影响，但它们完全依赖于牛顿近似。然而，在极端重力环境中或处理高速（接近光速）时，相对论效应不能被忽视。
因此，研究小组决定采用一个完全相对论的框架来研究EMRIs周围的环境。他们的目标是使用这个框架来研究EMRIs中由于吸入引力波和标量场在与双星系统相互作用时的消耗而损失的能量。
巴塞罗那高能物理研究所的博士后研究员、该研究的合著者罗德里戈·维森特（Rodrigo Vicente）博士解释了他们的发现：“当较小的黑洞围绕SMBH运行时，它们穿过暗物质并产生密集的尾流，类似于游泳者在游泳池中产生的尾流。这种尾流对小黑洞施加了额外的引力，称为动态摩擦，使其减速并改变引力波信号。”
SMBH周围的超轻暗物质云的密度可以达到黄金的20倍，突出了超轻暗物质在EMRIs和其他类似系统演化中的重要影响。
由超轻暗物质引起的引力波信号的变化可以在地球上被未来的探测器探测到，比如LISA。
该研究的合著者、帕尔帕尔大学教授Caio Macedo博士解释说：“LISA预计将于2035年由欧洲航天局发射，它将对毫赫频率敏感，使其能够高精度地观察EMRIs。LISA将能够跟踪这些系统数周、数月甚至数年，然后非常适合观察动态摩擦引入的相移，这种相移在许多周期中积累。”
然而，如果这样的效应没有被观察到，来自LISA的数据可以用来在大范围的质量范围内对超轻场的存在进行严格的限制。
除了动态摩擦效应，研究人员还能够研究模糊暗物质和玻色子云的不同行为。
研究人员发现，在SMBH周围存在模糊暗物质的情况下，标量场耗尽造成的能量损失可能超过引力波发射造成的能量损失，尤其是当较小的物体远离SMBH时。
结合相对论框架还揭示了引力波的共振行为，这是牛顿模型中所没有的相对论效应。
对于玻色子云，他们发现通过标量耗散的能量耗散对周围环境的特性非常敏感。
有了一个关于不同物质类型如何影响引力波的更精确的模型，这项研究有可能极大地推进我们对引力的理解，为探索暗物质提供了一条重要的途径。
谈到未来的工作，研究人员提到扩大他们的框架，以解释偏心轨道，这更有可能在EMRIs中看到。
他们还计划将他们的相对论框架应用于活动星系核（AGN）盘，后者被认为含有大量暗物质。由于暗物质对大规模结构的形成至关重要，这项研究可能会让人们更清楚地了解暗物质在宇宙中的作用。
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