近年来天体物理宇宙学观测和地面探测实验极大地带动了对搜寻暗物质和引力波等极弱耦合的现象的发展。引力波望远镜LIGO/VIRGO、黑洞事件视界望远镜EHT、脉冲星计时阵列PTA等愈发高精度的天文多波段观测带给了科研工作者有史以来最丰富的信息。我们与帕克斯脉冲星计时阵（PPTA）合作组合作的文章使用26颗脉冲星的高精度计时数据对宇宙学起源的引力波进行了搜寻。通过在帕克斯脉冲星计时阵列中搜寻 “分段幂律”形态的引力波能谱，对宇宙一阶相变的参数进行限制。该工作被发表在《物理评论快报》（Phys.Rev.Lett.）上，入选编辑推荐（Editors' Suggestion）论文并被美国物理学会(APS)为上述研究成果在杂志《Physics》上专题报道对公众加以解读。极轻暗物质的研究和搜寻也是天体探测的另一研究热点。这种拥有极轻质量的玻色子在宏观尺度体现地像一个经典波，可以用于解释不少暗物质星系尺度观测的问题。根据波粒二象性其德布罗意波长达到了宏观尺度，表现为物质波。如果是其德布罗意波长对应于星系级尺度，我们可以用天文观测来探测这种超轻质量的玻色子。我们参与澳大利亚Parkes望远镜毫秒脉冲星计时阵列（PPTA）合作组，利用其实时数据探测具有宏观波动性的超轻暗物质，文章发表在Phys.Rev.Res.(Letter)上并入选编辑推荐（Editors' Suggestion）。同时还利用欧洲“Gaia”天体探测卫星探测具有宏观波动性的超轻暗物质，开启了全新的研究方向。让未来中国的FAST天眼射电望远镜和参与的平方公里阵列SKA多了不少潜在的应用。
2019年，黑洞事件视界望远镜（EHT）的里程碑时观测使我们有了黑洞这个理论概念的最直接证据。我们提出，这次观测还可以通过偏振的极化数据来寻找轴子超轻暗物质。如果存在极轻的轴子，在黑洞周围会形成一个致密的轴子云，从而使得黑洞附近发出的光得到类似双折射的效应。这种观测将达到远超之前实验的灵敏度。相关工作作为通讯作者发表在Phys.Rev.Lett.上，也迅速被国际著名引力学家尼尔斯波尔所及里斯本大学教授Vitor Cardoso 教授在Nature Review Physics 1, 701(2019)及其专著超辐射进行引用评论。2021年， 我们团队和国内外合作者结合事件视界望远镜（EHT）的线性极化方向空间分布的偏振测量，做了数据分析，首次将轴子诱导的双折射嵌入到辐射传输框架中，模拟了一部黑洞图像的电影。这是第一次从理论上提出用黑洞事件视界望远镜探测轴子这一超轻新粒子，并进行了实际的观测，是一项理论与实践结合得非常密切的研究。该研究对EHT数据进行了很好的应用。这项工作已经发表在Nature Astronomy上。
2020年，暗物质直接探测实验XENON1T对于电子反冲信号的搜索超过本底的预期。这些信号是否来源于背景的低估，还是暗物质等新物理，成为了高能物理研究的关键问题。我们的研究表明，这个溢出可以自然地被一种加速的暗物质解释。同时，研究预言，暗物质在穿行地球过程中会和地球内物质发生同样的相互作用而损失能量，使得其来源的方向可以蕴含在这些以天为周期震荡的事例数中，受到实验组的高度重视。 这一研究发表在Phys.Rev.Lett.上，并得到了编辑推荐(Editor’s Suggestion)。美国物理学会(APS)为上述研究成果在杂志《Physics》上专题报道撰文加以解读。
"Stringent axion constraints with Event Horizon Telescope polarimetric measurements of M87^*", Yifan Chen, Yuxin Liu, Ru-Sen Lu, Yosuke Mizuno, Jing Shu, Xiao Xue, Qiang Yuan, Yue Zhao, Nature Astronomy, 17th March, 2022.(DOI link)
"High-precision search for dark photon dark matter with the Parkes Pulsar Timing Array", Xiao Xue, Zi-Qing Xia, Xingjiang Zhu, Yue Zhao, Jing Shu, et al, Phys. Rev. Research 4, L012022 (2022).(DOI link)
"Constraining Cosmological Phase Transitions with the Parkes Pulsar Timing Array", Xiao Xue, Ligong Bian, Jing Shu, Qiang Yuan, Xingjiang Zhu et al. Phys.Rev.Lett. 127 (2021) 25, 251303 (Editor’s suggestion, Featured in Physics).(DOI link)
"Boosted Dark Matter Interpretation of the XENON1T Excess", Bartosz Fornal, Pearl Sandick, Jing Shu, Meng Su, Yue Zhao, Phys.Rev.Lett. 125 (2020) 16, 161804 (Editor’s suggestion, Featured in Physics).(DOI link)
"Probing Axions with Event Horizon Telescope Polarimetric Measurements", Yifan Chen, Jing Shu, Xiao Xue, Qiang Yuan, Yue Zhao, Phys.Rev.Lett. 124 (2020) 6, 061102.(DOI link)