En ny teoretisk studie har föreslagit en ny mekanism för att skapa supermassiva svarta hål från mörk materia. Det internationella teamet finner att snarare än de konventionella formationsscenarierna som involverar "normal" materia, supermassiva svarta hål kan istället bildas direkt från mörk materia i områden med hög densitet i galaxernas centrum. Resultatet har viktiga konsekvenser för kosmologin i det tidiga universum, och publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

Exakt hur supermassiva svarta hål från början bildades är ett av de största problemen i studiet av galaxens evolution idag. Supermassiva svarta hål har observerats så tidigt som 800 miljoner år efter Big Bang, och hur de kunde växa så snabbt förblir oförklarat.

Standardformationsmodeller involverar normal baryonisk materia - de atomer och grundämnen som utgör stjärnor, planeter, och alla synliga föremål som kollapsar under gravitationen för att bilda svarta hål, som sedan växer med tiden. Men det nya arbetet undersöker den potentiella existensen av stabila galaktiska kärnor gjorda av mörk materia, och omgiven av en utspädd mörk materia-gloria, att finna att centra för dessa strukturer kan bli så koncentrerade att de också kan kollapsa till supermassiva svarta hål när en kritisk tröskel nås.

Enligt modellen kunde detta ha skett mycket snabbare än andra föreslagna bildningsmekanismer, och skulle ha tillåtit supermassiva svarta hål i det tidiga universum att bildas före galaxerna de bebor, i strid med nuvarande uppfattning.

Carlos R. Argüelles, forskaren vid Universidad Nacional de La Plata och ICRANet som ledde undersökningen kommenterar:"Detta nya bildningsscenario kan erbjuda en naturlig förklaring till hur supermassiva svarta hål bildades i det tidiga universum, utan att kräva tidigare stjärnbildning eller att behöva anropa svarta fröhål med orealistiska ackretionshastigheter."

En annan spännande konsekvens av den nya modellen är att den kritiska massan för kollaps i ett svart hål kanske inte nås för mindre mörk materia-glorier, till exempel de som omger vissa dvärggalaxer. Författarna föreslår att detta då kan lämna mindre dvärggalaxer med en central kärna av mörk materia snarare än det förväntade svarta hålet. En sådan kärna av mörk materia kunde fortfarande efterlikna gravitationssignaturerna hos ett konventionellt centralt svart hål, medan den yttre gloria av mörk materia också kan förklara de observerade galaxrotationskurvorna.

"Denna modell visar hur mörk materia halo kan hysa täta koncentrationer i sina centra, som kan spela en avgörande roll för att hjälpa till att förstå bildandet av supermassiva svarta hål, " tillade Argüelles.

"Här har vi för första gången bevisat att sådana kärn-halo-fördelningar av mörk materia verkligen kan bildas i en kosmologisk ram, och förbli stabil under universums livstid."

Författarna hoppas att ytterligare studier kommer att kasta mer ljus över supermassiva svarta håls bildning under de allra tidigaste dagarna av vårt universum, samt att undersöka om centra för icke-aktiva galaxer, inklusive vår egen Vintergatan, kan vara värd för dessa täta kärnor av mörk materia.