Kanadyjscy fizycy wykazali, że ultralekka ciemna materia, przypominająca aksjony, może generować silne promieniowanie ultrafioletowe, co umożliwia szybkie tworzenie supermasywnych czarnych dziur. Co więcej, proces ten może zachodzić bezpośrednio z zimnego gazu, z pominięciem typowej fazy formowania się gwiazd. Artykuł opisujący te badania został opublikowany w repozytorium arXiv.org.
Według współczesnych obserwacji, czarne dziury o masach kilka miliardów razy większych od masy Słońca istniały już we Wszechświecie około miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Mechanizm ich powstawania pozostaje jednak tajemnicą. Naukowcy sugerują, że takie obiekty mogły powstać w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się. W tym przypadku masywna chmura gazu we wczesnych stadiach formowania się galaktyki powinna zapaść się w czarną dziurę, omijając etap gwałtownego rozkwitu gwiazdy. Aby jednak do tego doszło, cząsteczkowy wodór w chmurze nie mógł mieć czasu na schłodzenie gazu i spowodowanie jego fragmentacji na mniejsze cząsteczki. Duży strumień fotonów ultrafioletowych, którego źródło pozostaje przedmiotem naukowych debat, mógł zapobiec powstaniu wodoru cząsteczkowego.
Fizycy Hao Jiao, Robert Brandenberger i Vahid Kamali z Uniwersytetu McGill zaproponowali mechanizm produkcji takich fotonów z wykorzystaniem ultralekkiej ciemnej materii. Naukowcy rozważali ciemną materię podobną do aksjonów, która słabo, ale nadal oddziałuje z polem elektromagnetycznym. W dużych halo takiej materii pole oscyluje dość konsekwentnie, generując kaskadę fotonów podczerwonych poprzez rezonans parametryczny. Fotony te następnie albo przechodzą do widma termicznego, zwiększając temperaturę gazu, albo, poprzez kaskadę turbulentną, przesuwają się do energii ultrafioletowych wystarczających do jonizacji wodoru i tłumienia tworzenia jego cząsteczek. Obliczenia naukowców wykazały, że nawet przy bardzo słabym sprzężeniu aksjon-światło, model ten jest w stanie wygenerować niezbędny poziom promieniowania ultrafioletowego do bezpośredniego kolapsu i powstania ciężkich czarnych dziur o masach około stu tysięcy razy większych od masy Słońca.
Autorzy artykułu zauważają, że w przeciwieństwie do tradycyjnych scenariuszy, ani promieniowanie gorących gwiazd, ani specyficzna struktura rodzącej się galaktyki nie są tu wymagane. W związku z tym bezpośredni kolaps mógł rozpocząć się jeszcze przed erą aktywnego formowania się gwiazd, co naturalnie wyjaśnia obecność supermasywnych czarnych dziur w wysokich przesunięciach ku czerwieni.
Warto zauważyć, że aksjonów nie wykryto jeszcze, ale fizycy wciąż ich poszukują.
