Hur bildades supermassiva svarta hål? Vad är mörk materia? I en alternativ modell för hur universum kom till, jämfört med universums 'lärobok' historia, föreslår ett team av astronomer att båda dessa kosmiska mysterier kan förklaras av så kallade "ursvarta hål".

Nico Cappelluti (University of Miami), Günther Hasinger (ESA Science Director) och Priyamvada Natarajan (Yale University), antyder att svarta hål har funnits sedan universums början och att dessa ursprungliga svarta hål i sig kan vara de ännu oförklarade mörk materia. Den nya studien accepteras för publicering i The Astrophysical Journal .

"Svarta hål i olika storlekar är fortfarande ett mysterium. Vi förstår inte hur supermassiva svarta hål kunde ha vuxit sig så stora under den relativt korta tid som fanns tillgänglig sedan universum existerade", förklarar Günther Hasinger.

I andra änden av skalan kan det också finnas mycket små svarta hål, vilket till exempel antyds av observationer från ESA:s Gaia. Om de finns är de för små för att ha bildats från döende stjärnor.

"Vår studie visar att utan att introducera nya partiklar eller ny fysik kan vi lösa mysterier inom modern kosmologi från själva den mörka materiens natur till ursprunget till supermassiva svarta hål", säger Nico Cappelluti.

Om de flesta av de svarta hålen bildades omedelbart efter Big Bang, kunde de ha börjat smälta samman i det tidiga universum och bilda fler och mer massiva svarta hål med tiden. ESA:s framtida rymdobservatorium för gravitationsvågor, LISA, kan fånga upp signalerna från dessa sammanslagningar om det finns ursprungliga svarta hål. Små svarta hål kan helt enkelt vara de ursprungliga svarta hålen som inte har smält samman till större än.

Enligt denna modell skulle universum vara fyllt med svarta hål överallt. Stjärnor skulle börja bildas runt dessa klumpar av "mörk materia" och skapa solsystem och galaxer under miljarder år. Om de första stjärnorna verkligen bildades runt ursprungliga svarta hål, skulle de existera tidigare i universum än vad som förväntas av "standarden" modell.

"Ursvarta hål, om de existerar, kan mycket väl vara frön från vilka alla svarta hål bildas, inklusive det i mitten av Vintergatan", säger Priyamvada Natarajan.

ESA:s Euclid-uppdrag, som kommer att undersöka det mörka universum mer i detalj än någonsin tidigare, kan spela en roll i strävan att identifiera ursprungliga svarta hål som kandidater för mörk materia.

Det kommande NASA/ESA/CSA rymdteleskopet James Webb, en kosmisk tidsmaskin som ser tillbaka över mer än 13 miljarder år, kommer ytterligare att kasta ljus över detta mysterium.

"Om de första stjärnorna och galaxerna redan bildades under den så kallade "mörka tidsåldern" borde Webb kunna se bevis på dem, tillägger Günther.