圆盘尖刺和云一窥黑洞的后院

2015年对引力波的首次直接探测打开了一扇了解宇宙的新窗口，特别是能够观察到大质量黑洞对的合并。这个年轻的研究领域很快就成熟了，到现在为止已经观察到数十个黑洞合并。

目前的观测仅限于坍缩的最后阶段——通常只有几秒钟——此时发射的引力波非常强。幸运的是，正在建立几个新的实验，这将使研究人员能够在合并发生之前更长时间地观察成对的黑洞，甚至可能长达数年。

当这些更精确的测量开始出现时，研究人员希望做好准备并能够解释它们。GianfrancoBertone小组的博士后研究员、《自然天文学》上发表的一篇新文章的第一作者PippaCole解释说：“通过目前的测量，我们可以了解一些关于合并黑洞本身的事实，但对环境知之甚少合并发生的地方。那个环境本身就非常有趣。例如，它可以告诉我们天体物理学中另一个当前的谜团：暗物质。一旦我们可以使用像LISA这样即将推出的探测器来观察合并黑洞更长的时间，就有可能对他们的环境做出有意义的陈述。”

黑洞环境

黑洞周围至少存在三种不同类型的有趣环境。最著名的一个是所谓的吸积盘——一个围绕黑洞旋转的非常热的气体盘，就像事件视界望远镜最近拍摄到的那样。但还有其他可能性。

黑洞可能被超轻粒子云包围，形成天文学家称之为引力原子的结构。最后，可能存在暗物质，这是一种难以捉摸的物质形式，似乎在各个尺度上都渗透到宇宙中，但其基本性质仍然未知。预计随着黑洞的形成和生长，它会在黑洞周围聚集，形成称为尖峰的高密度结构。

科尔说，“美妙的是，有了新的观察，我们将有可能区分所有这三种情况——以及将它们与黑洞后院空无一人的情况区分开来，在这种情况下，两个黑洞呈螺旋状“我们设法开发了统计技术，如果有足够的数据和两个黑洞之间足够大的质量差异，应该能够非常清楚地区分所有四种情况。”

根据科尔及其合作者的说法，下一代实验将能够识别在存在环境的情况下黑洞合并产生的引力波，无论是吸积盘、引力原子还是暗物质尖峰。这开启了利用引力波寻找新的超轻粒子以及暗物质候选者的可能性。

Bertone说：“这是激动人心的时刻。我们很快将进入物理学和天文学的新纪元。就像精密粒子物理学使我们能够在地球上的粒子加速器中寻找新物理学一样，精密引力波天文学将很快使我们能够寻找宇宙中的暗物质和新粒子。”