我們知道，宇宙中存在著許多巨大的黑洞，它們的質(zhì)量可以達(dá)到數(shù)百萬甚至數(shù)十億倍的太陽質(zhì)量。這些黑洞通常位于星系的中心，被稱為超大質(zhì)量黑洞。當(dāng)兩個(gè)星系發(fā)生碰撞和合并時(shí)，它們的中心黑洞也會(huì)相互靠近，形成一個(gè)黑洞雙星。這樣的雙星系統(tǒng)會(huì)不斷地發(fā)出引力波，從而損失能量和角動(dòng)量，最終導(dǎo)致兩個(gè)黑洞的合并。這個(gè)過程對(duì)于理解星系的形成和演化，以及探測引力波的來源，都有重要的意義。

然而，數(shù)值模擬表明，使用冷暗物質(zhì)模型的星系，黑洞雙星通常會(huì)在幾個(gè)秒差距的距離上停滯，而不會(huì)進(jìn)一步縮小。這是因?yàn)樵谶@個(gè)尺度上，黑洞雙星周圍的恒星和暗物質(zhì)的密度不足以提供足夠的散射，從而幫助黑洞雙星進(jìn)一步縮小軌道。

這個(gè)問題被稱為最后一個(gè)秒差距問題。如果沒有其他的機(jī)制來促進(jìn)黑洞雙星的合并，那么它們可能需要數(shù)十億年甚至更長的時(shí)間才能完成合并，這與觀測到的引力波事件的頻率不符。

那么，有什么因素可以加速黑洞雙星的合并呢？有一些可能的機(jī)制，比如說，黑洞雙星的軌道可能會(huì)因?yàn)榕c第三個(gè)黑洞的相互作用而變得更加偏心，從而增加引力波輻射的效率。或者，黑洞雙星的周圍可能會(huì)有一些氣體，它們會(huì)因?yàn)檎硿?yīng)而與黑洞雙星交換能量和角動(dòng)量，從而使黑洞雙星的軌道收縮。但是，這些機(jī)制的有效性和普遍性還有待進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。

在最近發(fā)表的一篇論文中，作者提出了一個(gè)新的可能的機(jī)制，黑洞雙星的周圍可能會(huì)有一些超輕暗物質(zhì)，它們會(huì)因?yàn)橐鋮s而產(chǎn)生暗物質(zhì)波，這些波會(huì)有效地從黑洞雙星那里帶走軌道能量，從而迅速地使它們靠近。

什么是超輕暗物質(zhì)呢？它們是一種假設(shè)的暗物質(zhì)的候選者，它們的質(zhì)量非常小，約為10^-22 eV/c2，這意味著它們的德布羅意波長非常大。因此它們的行為更像是波而不是粒子，可以用薛定諤方程來描述。當(dāng)它們形成一個(gè)暗物質(zhì)暈時(shí)，它們會(huì)有一個(gè)特征的密度波動(dòng)，稱為索爾冬結(jié)構(gòu)。當(dāng)它們與一個(gè)黑洞雙星相互作用時(shí)，它們會(huì)因?yàn)楹诙吹囊Χa(chǎn)生一種類似于聲波的波動(dòng)，稱為暗物質(zhì)波。

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為了檢驗(yàn)這個(gè)假設(shè)，他們進(jìn)行了一些數(shù)值模擬，模擬了黑洞雙星在超輕暗物質(zhì)暈中的演化。他們用施瓦西度規(guī)來描述黑洞的引力場，忽略了黑洞的自旋和相對(duì)論效應(yīng)，并且用薛定諤-泊松方程來描述ULDM的波函數(shù)和引力勢。他們的結(jié)果表明，超輕暗物質(zhì)波可以導(dǎo)致黑洞雙星的快速軌道衰減。