En forskargrupp ledd av forskare från Cardiff University säger att de är närmare att förstå hur ett supermassivt svart hål (SMBH) föds tack vare en ny teknik som har gjort det möjligt för dem att zooma in på ett av dessa gåtfulla kosmiska objekt i oöverträffad detalj.

Forskare är osäkra på om SMBHs bildades under extrema förhållanden strax efter den stora smällen, i en process kallad "direkt kollaps", eller odlades mycket senare från "frö" svarta hål till följd av döden av massiva stjärnor.

Om den förra metoden var sann, SMBHs skulle födas med extremt stora massor - hundratusentals till miljoner gånger mer massiva än vår sol - och skulle ha en fast minimistorlek.

Om det senare var sant skulle SMBH:er börja relativt litet, ungefär 100 gånger vår sols massa, och börjar växa sig större med tiden genom att livnära sig på stjärnorna och gasmolnen som lever runt dem.

Astronomer har länge strävat efter att hitta SMBH med lägsta massa, vilka är de saknade länkarna som behövs för att dechiffrera detta problem.

I en studie publicerad idag, det Cardiff-ledda laget har tänjt gränserna, avslöjar en av de SMBH med lägsta massa som någonsin observerats i mitten av en närliggande galax, väger mindre än en miljon gånger vår sols massa.

SMBH lever i en galax som är välkänd som "Mirach's Ghost", på grund av dess närhet till en mycket ljus stjärna som heter Mirach, ger det en spöklik skugga.

Fynden gjordes med hjälp av en ny teknik med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ett toppmodernt teleskop beläget högt på Chajnantor-platån i de chilenska Anderna som används för att studera ljus från några av de kallaste objekten i universum.

"SMBH i Mirach's Ghost verkar ha en massa inom det intervall som förutsägs av "direkt kollaps"-modeller, " sa Dr. Tim Davis från Cardiff University's School of Physics and Astronomy.

"Vi vet att den för närvarande är aktiv och sväljer gas, så några av de mer extrema "direkt kollaps"-modellerna som bara gör mycket massiva SMBH:er kan inte vara sanna.

"Detta i sig är inte tillräckligt för att definitivt säga skillnaden mellan "fröbilden" och "direkt kollaps" - vi måste förstå statistiken för det - men det här är ett enormt steg i rätt riktning."

Svarta hål är föremål som har kollapsat under tyngdkraften, lämnar efter sig små men otroligt täta områden av rymden från vilka ingenting kan fly, inte ens ljus.

En SMBH är den största typen av svarta hål som kan vara hundratusentals, om inte miljarder, gånger solens massa.

Man tror att nästan alla stora galaxer, som vår egen Vintergatan, innehålla en SMBH belägen i dess centrum.

"SMBHs har också hittats i mycket avlägsna galaxer eftersom de dök upp bara några hundra miljoner år efter big bang", sa Dr Marc Sarzi, en medlem av Dr. Davis team från Armagh Observatory &Planetarium.

"Detta tyder på att åtminstone vissa SMBH:er kunde ha vuxit sig väldigt massiva på mycket kort tid, vilket är svårt att förklara enligt modeller för bildandet och utvecklingen av galaxer."

"Alla svarta hål växer när de sväljer gasmoln och stör stjärnor som vågar sig för nära dem, men vissa har mer aktiva liv än andra."

"Att leta efter de minsta SMBHs i närliggande galaxer kan därför hjälpa oss att avslöja hur SMBHs börjar, " fortsatte Dr Sarzi.

I deras studie, det internationella teamet använde helt nya tekniker för att zooma längre in i hjärtat av en liten närliggande galax, kallas NGC404, än någonsin tidigare, så att de kan observera de virvlande gasmolnen som omgav SMBH i dess centrum.

ALMA-teleskopet gjorde det möjligt för teamet att lösa gasmolnen i hjärtat av galaxen, avslöjar detaljer bara 1,5 ljusår i diameter, vilket gör detta till en av de gaskartor med högsta upplösning som någonsin gjorts av en annan galax.

Att kunna observera denna galax med så hög upplösning gjorde det möjligt för teamet att övervinna ett decenniums motstridiga resultat och avslöja den sanna naturen hos SMBH i galaxens centrum.

"Vår studie visar att med denna nya teknik kan vi verkligen börja utforska både egenskaperna och ursprunget för dessa mystiska föremål, " fortsatte Dr Davis.

"Om det finns en minimimassa för ett supermassivt svart hål, vi har inte hittat den än."

Resultaten av studien har publicerats idag i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .