黑洞與暗物質相互作用？未來或直接探測

黑洞及其周圍的物理現象是現代天體物理學研究的重要領域之一，不同質量的黑洞（如恆星級質量、中等質量、超大質量等）由重子物質通過複雜的過程而形成，它們具有視界、能層、時空奇點等特性。宇宙中充滿大量暗物質，它們如何影響黑洞的時空特性？黑洞又如何影響暗物質的分布？

長期以來，中國科學院雲南天文台徐兆意博士、侯賢副研究員、王建成研究員等開展了黑洞與暗物質相互作用的系列理論研究，近日先後在《宇宙學與粒子天體物理雜誌》《經典引力和量子引力》國際核心期刊發表5篇文章，取得了重要進展。

目前，科學家們提出許多暗物質模型，如冷暗物質、標量場暗物質、理想流體暗物質等。對於冷暗物質和標量場暗物質，雲南天文台研究團隊得到暗物質中的穩態黑洞時空解析解，發現暗物質增加黑洞的視界，減小黑洞的能層，但不改變黑洞的時空奇點，而黑洞對周圍的暗物質密度分布有重要影響。

對於理想流體暗物質和宇宙學常數下的黑洞，研究團隊得到旋轉黑洞的時空解，發現黑洞的視界和能層取決於暗物質參數和宇宙學常數。

人們普遍認為超大質量黑洞位於包括銀河系在內的大多數星系的中心，直接探測黑洞仍然是天文學中最重要的問題之一。徐兆意表示，在確定黑洞性質（如黑洞的質量和自旋）的不同方法中，利用VLBI（甚長基線干涉儀）觀測黑洞的陰影可能是最令人興奮和有趣的方法。

侯賢說：「黑洞的陰影是一個明亮天體經過黑洞後投射的光學圖像，觀測者看到的是一個二維的黑暗區。黑洞的陰影是廣義相對論的自然結果，它不僅可以提供黑洞基本性質的信息，還可以檢驗廣義相對論，探測黑洞周圍的暗物質性質。」

研究團隊計算了理想流體暗物質中旋轉黑洞的陰影，發現黑洞陰影的形狀受到黑洞旋轉和暗物質參數的影響；計算了銀河系中心超大質量黑洞人馬座A*的陰影，發現冷暗物質和標量場暗物質對黑洞陰影形狀的影響不同；研究了不同物質（包括暗物質、塵埃和輻射）對黑洞陰影的影響，發現暗物質對黑洞陰影的影響最顯著。

「這些理論研究結果有可能為未來黑洞直接探測提供重要的依據和圖像。」王建成說。（沈春蕾）

相關論文信息：

https://doi.org/10.1088/1475-7516/2018/09/038

https://doi.org/10.1088/1361-6382/aabcb6

https://doi.org/10.1088/1475-7516/2018/12/040

https://doi.org/10.1088/1475-7516/2018/07/015

https://doi.org/10.1088/1475-7516/2018/10/046

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