引力波可以被用來探測暗物質么？

2016 年 2 月 12 日，引力波可以被直接探測了。那麼是否對暗物質探測有幫助？

一、理論上有很小可能存在幫助，但是沒人會專門做這件事。

二、不存在題主說的「暗物質黑洞」這個概念。

（不好意思最近問引力波的邀請太多又趕上考試，今天剛考完，只撿沒有答案的邀請來答。）

是這樣。

暗物質的廣義理解是，很難被觀測到的物質，我們得到的一些證據似乎表明那裡有物質，但是就是觀察不到。（類似於你走著走著路被擋住了，但是眼前什麼都沒有）

觀測不到有幾種可能性：

1. 這種物質和我們熟知的普通物質一樣，但是非常稀薄，低於儀器的探測閥值導致觀測不到。我們知道宇宙是非常廣袤的，在恆星間星系間那些空曠的位置，只要原子密度稍微大一點點，比如從一百立方米一個原子增加到一百立方米兩個原子，宇宙的總普通物質質量就會大約增加一倍，因為大部分質量其實都是在星際介質中的，而不是在恆星中。

2. 仍然是普通物質，但是密度非常高形成了黑洞，導致電磁輻射發不出來而觀測不到。我們懷疑星系中其實有數量非常多的黑洞存在於那裡，星系中心還有超大質量黑洞，只是我們從不知道它們的存在而已。

3. 存在一種與我們目前所知的所有物質都不同的新物質。只產生引力相互作用，不產生電磁相互作用因而不發出吸收也不反射任何電磁波，是透明的，導致我們以前用的望遠鏡都無效。目前我們還沒有直接探測到這種粒子，也沒有辦法以它為對象做研究，因此只能間接推斷一些它的性質。

現在呢，前兩種情況我們都能進行較好的約束，星際介質最大質量是多少，黑洞最大質量是多少，都可以從它們與周圍物質的相互作用推斷出來。然後我們發現，把這些質量全加起來還是不能解釋我們認為應該有的質量。因此現在必須找到第三種情況的暗物質（或修改我們的理論）。

這第三種暗物質就是狹義的暗物質，一般學天體物理的人說到暗物質指的就是這種，而不是黑洞什麼的，因為那時候我們可以直接說黑洞，而第三種暗物質因為我們並不清楚是什麼甚至是否存在，只能稱其為暗物質。今後如果確定了它的性質，比如實驗觀測到一種新粒子是完美的暗物質解釋，那麼我們就會說這種新粒子的名字。暗物質永遠指那個或那些我們還不知道的東西。

所以不存在題主說的「暗物質黑洞」這個並舉概念。

如果題主是指「由暗物質構成的黑洞」，那麼雖然暗物質當然也可以落入黑洞中成為它的一部分，但是沒有必要存在一個只由暗物質構成的黑洞。（類似於沒有必要認為確實有一個茶壺在小行星帶飄著，儘管沒人能證明那裡不存在這樣一個茶壺）

下面說為什麼沒有幫助。

暗物質產生引力相互作用沒錯，引力波也是探測引力作用沒錯。但是引力波的產生需要質量運動，而且要有四極矩的變化才行。而我們認為暗物質是一種稀薄的散佈於空間中的物質（如果它們像黑洞一樣成團就能像黑洞一樣被探測到了）。你可以探測一個人移動產生的引力波，但是沒辦法探測一房間空氣分子運動的引力波，因為它們是均勻分布的。

簡單說，就是我們引力波的探測精度太低了，只能探測到黑洞合併這種宇宙中最為劇烈的質量運動事件，距離探測暗物質的運動還差的遠。如果你能靠引力波探測暗物質的運動，那麼你就可以看到地球上發生的一切了（假設我們目前認為的暗物質密度遠低於人體質量密度是正確的）。

探測暗物質還是要用老辦法「引力透鏡」

我只說一種我比較了解的情況。

宇宙早期的時候，局部區域的密度波動可能會很大，大到這個區域坍縮成黑洞，這種（假想的）黑洞叫做原初黑洞。質量太小的原初黑洞到今天已經通過霍金輻射完全消失了，質量太大的話會有很明顯的引力透鏡效應，所以只有某個質量區間的原初黑洞才有可能存在。

假如這個區間的原初黑洞真的存在，那麼它們就是暗物質的一種候選人。

LIGO在二月的時候弄了個大新聞，聲稱發現了從兩個大約30倍太陽質量的黑洞合併過程放出的引力波。那這兩個黑洞是不是構成暗物質的原初黑洞？Sean Carroll有一篇博客介紹這個工作http://www.preposterousuniverse.com/blog/2016/03/10/did-ligo-detect-dark-matter/

原始論文見https://arxiv.org/abs/1603.00464

of course~

我們組有哥們在做這樣一件事情：正常來說，如果暗物質存在的話，黑洞周圍應該吸積了大量暗物質（這個density profile應該有人算過，啊如果沒人算過的話我們組另一個哥們也算過。。顯示出來有一個峰這樣子，峰以外的處在穩定軌道上。）然後對binary black hole merger來說，這一坨dark matter可能會對merger過程形成影響，他跟我說這個也有人算過，說是in spiral的階段已經對merger的引力波信號有可見的影響了。從某種程度來說，這個大概可以算是引力波對DM的探測。。雖然非常的間接。。

某個物理界的牛人在研究星系時，覺得一個星系裡的恆星相互之間的引力不足以讓整個星系維持穩定，所以就分析出有暗物質存在。在過去的若干年中，宇宙是一直在膨脹的，而且膨脹的速度是加速，所以科學家覺得有暗能量一直推動著宇宙膨脹。

可以的。

舉例：銀河系裡的恆星都圍繞銀河系中心旋轉。但是離銀河系中心不同距離上的天體轉動速度各有不同，這種轉動方式稱為較差轉動。觀測發現，銀河系中心區域的天體類似剛體那樣轉動，從裡向外速度直線增加，一直可達每秒約為240千米左右，以後速度緩緩起伏，小幅度的有升有降，到太陽系的這個位置大約是每秒220千米，不過再往遠處去，旋轉速度呈現出奇怪的現象，天體旋轉的速度不但不降反而開始慢慢地上升。科學家們對這種旋轉方式無法用經典物理理論進行解釋，因為太陽系以外的區域恆星非常稀疏，發光的天體很少。遠離銀河系中心的恆星轉動速度應當越來越小，然而實際的情況恰好相反，唯一能解釋的是，銀河系的外部存在著大量不可見的物質，或叫暗物質，正是它們對外部恆星的引力作用，或者是大量的暗物質裹挾的這些恆星保持著圍繞銀河系的高速旋轉。