黑洞，這一宇宙中最神秘的天體，如今可能成為揭開暗物質面紗的關鍵工具。一項最新研究提出，利用事件視界望遠鏡捕捉到的黑洞圖像，其陰影區域可作為超靈敏探測器，為探索宇宙中占比約85%卻始終未被直接觀測到的暗物質提供全新途徑。
傳統探測手段多依賴暗物質與普通物質相互作用產生的微弱信號，但黑洞的極端環境為研究提供了獨特優勢。研究團隊聚焦于M87星系和人馬座A黑洞的陰影區域——這些區域因物質分布稀疏而顯得異常黑暗。根據理論預測，暗物質會在黑洞引力作用下高度聚集，形成“尖峰”狀高密度區。若暗物質由粒子構成且能發生湮滅，其產生的電子、正電子等粒子會在黑洞周圍輻射出與普通天體物理過程不同的信號。
“黑洞的極限引力使其成為天然的粒子濃縮器?！毖芯繀⑴c者陳一帆博士解釋，“這里創造了粒子物理、引力理論與天文觀測的交匯點。”通過磁吸積驅動模型（MAD）的廣義相對論磁流體動力學模擬，團隊發現暗物質湮滅產生的粒子會均勻分布在吸積盤與噴流區域，而普通電子則主要集中于吸積盤內。這種空間分布差異可能導致黑洞陰影區域出現可探測的輻射特征。
研究團隊考察了底夸克–反底夸克對與電子–正電子對兩種湮滅通道，覆蓋暗物質質量范圍從亞GeV至約10 TeV。通過計算同步加速輻射并生成合成黑洞圖像，他們將預測信號與事件視界望遠鏡實際觀測數據進行形態學對比。這種方法要求暗物質信號在圖像各點均低于天體物理輻射，從而排除干擾。分析結果顯示，當前觀測已將暗物質湮滅截面的上限設定在約10?2? cm3/s，覆蓋了此前未探索的參數空間。
事件視界望遠鏡通過全球射電天文臺網絡與超長基線干涉技術，實現了地球直徑級別的分辨率。其觀測到的同步輻射源于電子在黑洞強磁場中螺旋運動時釋放的能量。磁滯盤模型與觀測數據的高度吻合，為理解黑洞陰影的黑暗成因提供了關鍵解釋：吸積盤上方與下方的噴流區域粒子稀疏，而暗物質湮滅可能持續補充粒子，改變輻射特征。
研究參與者舒菁教授強調：“黑洞陰影不僅是靜態圖像，更是動態實驗室。”隨著望遠鏡升級，動態范圍預計提升近100倍，角分辨率可達一個引力半徑尺度。這將使科學家能更深入探測陰影最暗區域，甚至發現湮滅截面接近熱遺跡值的暗物質粒子。多頻率觀測與偏振數據的利用，有望通過輻射機制差異進一步區分暗物質信號與天體物理背景。
