暗物质由不反射、不发射或不吸收光的粒子组成，预计构成了宇宙中的大部分物质。然而，它缺乏与光的相互作用，阻碍了用传统的实验方法直接检测它。
几十年来，物理学家一直在尝试设计替代方法来探测和研究暗物质，但关于暗物质的性质及其在银河系中的存在，许多问题仍未得到解答。脉冲星计时阵列(PTA)实验一直在试图通过检测银河系毫秒射电脉冲星(即发射规则的毫秒长无线电波脉冲的天体)集合的时间来探测所谓的超轻暗物质粒子的存在。
欧洲脉冲星定时阵列是一个由来自不同研究所的多国研究人员组成的团队，他们正在欧洲各地使用6台射电望远镜观察特定的脉冲星，最近他们分析了他们收集的第二波数据。他们的论文发表在《物理评论快报》上，对银河系中超轻暗物质的存在设定了更严格的限制。
“这篇论文基本上是我第一个博士项目的结果，”该论文的合著者Clemente Smarra告诉Phys.org。“当我问我的导师我是否可以从粒子物理学的角度进行引力波科学的研究时，这个想法就产生了。该项目的主要目的是限制我们银河系中所谓的超轻暗物质的存在。”
超轻暗物质是一种假设的暗物质候选者，由非常轻的粒子组成，可能会解决天体物理学领域长期存在的谜团。Smarra和他的同事们最近的研究旨在通过欧洲脉冲星定时阵列收集的数据，探测我们银河系中可能存在的这种暗物质。
Smarra说:“我们受到了这个领域以前的努力的启发，尤其是Porayko和她的合作者的工作。”“由于持续时间更长，数据集精度更高，我们能够对银河系中超轻暗物质的存在施加更严格的限制。”
欧洲脉冲星定时阵列最近发表的论文提出了与以往其他研究不同的假设。它没有探测暗物质和普通物质之间的相互作用，而是假设这些相互作用只通过引力效应发生。
“我们假设暗物质只通过引力相互作用与普通物质相互作用，”斯马拉解释说。“这是一个相当有力的说法:事实上，我们对暗物质唯一确定的是它的引力相互作用。简而言之，暗物质产生了脉冲星射电波束传播的潜在阱。但是这些井的深度在时间上是周期性的，因此射电波束从脉冲星到地球的传播时间也有独特的周期性变化。”
通过在欧洲脉冲星定时阵列发布的第二波数据中寻找这种特殊的效应，Smarra和他的同事们能够对脉冲星周围超轻暗物质的存在设定新的限制。欧洲脉冲星定时阵列已经收集了近25年的数据，使用了位于欧洲不同地方的6台先进的射电望远镜。
“根据我们的分析，我们可以排除在特定质量范围内的超轻粒子可能构成全部暗物质的可能性，”斯马拉说。“因此，如果它们在那里，我们仍然需要其他东西来解释我们所看到的。这个结果相当可靠，因为我们专注于暗物质的引力相互作用，这是我们唯一确定的事情。”
欧洲脉冲星定时阵列最近的工作表明，质量为10?24.0 eV > m > 10?23.3 eV的超轻粒子不能100%地构成测量到的局部暗物质密度，而局部密度最多只能为ρ > 0.3 GeV/cm3。这些新的限制可能会指导这一领域的进一步研究，可能会为未来寻找这种难以捉摸的暗物质候选者提供信息。
“我目前正计划探索脉冲星是否有可以告诉我们更多关于暗物质的特征，”斯马拉补充说。“此外，我对PTA科学很感兴趣;因此，我也想研究超大质量黑洞双星系统的天体物理模型，这被认为是我们最近观察到的随机引力波背景的一个令人信服的解释。”
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