重力波產生暗物質？科學家提出完全由重力主導的暗物質起源新路徑

時空中微弱古老的漣漪——重力波，可能掌握解開物理學最大謎團之一關鍵。一篇新研究提出早期宇宙充斥的隨機重力波可能在量子層級「轉化」為輕費米子，之後變成有質量、穩定存在至今的暗物質粒子。

行星、恆星、生物體都由可見的重子物質組成，但重子物質只佔宇宙構成 4%，其餘全由看不見的暗物質、暗能量組成。

觀測顯示暗物質塑造了星系分布與最大尺度宇宙結構，然而構成暗物質的基本粒子至今未知真貌，科學家們只能透過理論模型與實驗研究撥開謎團，近日，德國美因茲大學（JGU）團隊描述一種以前未提過的暗物質形成方式，涉及「隨機重力波（stochastic gravitational wave）」。

重力波通常由極高能量事件（如雙黑洞或雙中子星碰撞）產生，相較之下，隨機重力波由各種不涉及大型天體的過程產生，這些波匯聚成瀰漫整個宇宙的背景訊號，許多可追溯至宇宙最早歷史階段，可能形成於大爆炸後冷卻時期物質相變事件，或形成於原始磁場。

從波到粒子

沒人想過這些微弱的波與暗物質有所關聯，直到美因茲大學團隊提出從未有人研究過的粒子形成新方法：隨機重力波轉化為暗物質粒子。

研究人員表示，隨機重力波可能產生無質量或幾乎無質量的費米子，這些早期粒子在之後的宇宙演化過程獲得質量，演變成如今依然存在的暗物質，代表暗物質起源不一定要靠「新相互作用」或「奇特力場」，而可能來自純重力效應本身。

研究目前仍處於解析與理論，下一步需確立更精細數值提高預測精度，探討重力波在早期宇宙其他可能效果，比如能否幫助解釋「物質數量遠大於反物質」這個老問題。

新論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

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（首圖來源：AI 生成）