黑洞，这一宇宙中最神秘的天体，如今可能成为揭开暗物质面纱的关键工具。一项最新研究提出，利用事件视界望远镜捕捉到的黑洞图像，其阴影区域可作为超灵敏探测器，为探索宇宙中占比约85%却始终未被直接观测到的暗物质提供全新途径。
传统探测手段多依赖暗物质与普通物质相互作用产生的微弱信号，但黑洞的极端环境为研究提供了独特优势。研究团队聚焦于M87星系和人马座A黑洞的阴影区域——这些区域因物质分布稀疏而显得异常黑暗。根据理论预测，暗物质会在黑洞引力作用下高度聚集，形成“尖峰”状高密度区。若暗物质由粒子构成且能发生湮灭，其产生的电子、正电子等粒子会在黑洞周围辐射出与普通天体物理过程不同的信号。
“黑洞的极限引力使其成为天然的粒子浓缩器。”研究参与者陈一帆博士解释，“这里创造了粒子物理、引力理论与天文观测的交汇点。”通过磁吸积驱动模型（MAD）的广义相对论磁流体动力学模拟，团队发现暗物质湮灭产生的粒子会均匀分布在吸积盘与喷流区域，而普通电子则主要集中于吸积盘内。这种空间分布差异可能导致黑洞阴影区域出现可探测的辐射特征。
研究团队考察了底夸克–反底夸克对与电子–正电子对两种湮灭通道，覆盖暗物质质量范围从亚GeV至约10 TeV。通过计算同步加速辐射并生成合成黑洞图像，他们将预测信号与事件视界望远镜实际观测数据进行形态学对比。这种方法要求暗物质信号在图像各点均低于天体物理辐射，从而排除干扰。分析结果显示，当前观测已将暗物质湮灭截面的上限设定在约10⁻²⁷ cm³/s，覆盖了此前未探索的参数空间。
事件视界望远镜通过全球射电天文台网络与超长基线干涉技术，实现了地球直径级别的分辨率。其观测到的同步辐射源于电子在黑洞强磁场中螺旋运动时释放的能量。磁滞盘模型与观测数据的高度吻合，为理解黑洞阴影的黑暗成因提供了关键解释：吸积盘上方与下方的喷流区域粒子稀疏，而暗物质湮灭可能持续补充粒子，改变辐射特征。
研究参与者舒菁教授强调：“黑洞阴影不仅是静态图像，更是动态实验室。”随着望远镜升级，动态范围预计提升近100倍，角分辨率可达一个引力半径尺度。这将使科学家能更深入探测阴影最暗区域，甚至发现湮灭截面接近热遗迹值的暗物质粒子。多频率观测与偏振数据的利用，有望通过辐射机制差异进一步区分暗物质信号与天体物理背景。
