Kanadyjscy fizycy wykazali, że ultralekka ciemna materia, przypominająca aksjony, jest zdolna do generowania silnego promieniowania ultrafioletowego, umożliwiającego szybkie formowanie się supermasywnych czarnych dziur. Jednocześnie, formowanie takie może zachodzić bezpośrednio z zimnego gazu, z pominięciem typowej fazy formowania się gwiazd. Artykuł z opisem prac znajduje się w repozytorium arXiv.org.
Według współczesnych obserwacji, czarne dziury o masie kilku miliardów mas Słońca istniały już we Wszechświecie około miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Jednocześnie mechanizm ich powstawania wciąż pozostaje tajemnicą. Naukowcy zakładają, że takie obiekty mogły powstać w wyniku bezpośredniego kolapsu. Jednocześnie, masywna chmura gazu we wczesnych stadiach formowania się galaktyk musi zostać skompresowana do czarnej dziury, z pominięciem etapu rozbłysków gwiazdotwórczych. Jednak w tym celu konieczne jest, aby cząsteczkowy wodór w chmurze nie miał czasu na schłodzenie gazu i spowodowanie jego rozpadu na mniejsze części. Duży przepływ fotonów ultrafioletowych, którego źródło w tej chwili pozostaje przedmiotem naukowych dyskusji, mógłby zapobiec powstaniu wodoru cząsteczkowego.
Fizycy Hao Jiao, Robert Brandenberger i Vahid Kamali z Uniwersytetu McGill zaproponowali mechanizm wytwarzania takich fotonów przy użyciu ultralekkiej ciemnej materii. Naukowcy rozważali ciemną materię podobną do aksjonu, która słabo, ale jednak, oddziałuje z polem elektromagnetycznym. W dużych halo takiej materii pole oscyluje wystarczająco spójnie, aby wygenerować kaskadę fotonów w zakresie podczerwieni ze względu na efekt rezonansu parametrycznego. Co więcej, fotony te albo przechodzą w widmo termiczne, zwiększając temperaturę gazu, albo, za pomocą kaskady turbulentnej, przemieszczają się do energii ultrafioletowych wystarczających do jonizacji wodoru i tłumienia tworzenia jego cząsteczek. Obliczenia naukowców wykazały, że nawet przy bardzo słabym połączeniu między aksjonem a światłem, taki model jest w stanie zapewnić niezbędny poziom promieniowania ultrafioletowego do bezpośredniego kolapsu i powstania ciężkich czarnych dziur o masie około stu tysięcy mas Słońca.
Autorzy zauważają, że w przeciwieństwie do tradycyjnych scenariuszy, ani emisja gorących gwiazd, ani specyficzna struktura rodzącej się galaktyki nie są tu wymagane. Dlatego też 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 zaznaczyć, że na razie nie udało się zarejestrować aksjonów, ale fizycy nadal ich poszukują.
