Канадські фізики показали, що аксіоноподібна ультралегка темна матерія здатна генерувати потужне ультрафіолетове випромінювання для швидкого формування надмасивних чорних дірок. При цьому таке утворення може відбуватися безпосередньо з холодного газу, без звичайної фази зіркоутворення. Стаття з описом роботи розміщена у репозиторії arXiv.org.
Згідно з сучасними спостереженнями, у Всесвіті приблизно через мільярд років після Великого вибуху вже існували чорні дірки з масою кілька мільярдів сонячних. При цьому механізм їхнього утворення досі залишається загадкою. Вчені припускають, що такі об'єкти могли виникнути внаслідок прямого колапсу. При цьому масивна хмара газу на ранніх етапах формування галактик повинна стискатися в чорну дірку, минаючи стадію спалахів зіркоутворення. Однак для цього потрібно, щоб молекулярний водень у хмарі не встиг охолодити газ і викликати його дроблення на менші частини. Перешкодити утворенню молекулярного водню міг би великий потік ультрафіолетових фотонів, джерело яких зараз залишається предметом наукових дискусій.
Фізики Хао Джао (Hao Jiao), Роберт Бранденбергер (Robert Brandenberger) та Вахід Камалі (Vahid Kamali) з Університету МакГілла запропонували механізм утворення таких фотонів за допомогою ультралегкої темної матерії. Вчені розглянули аксіоноподібну темну матерію, яка слабко, але все ж таки взаємодіє з електромагнітним полем. У великих гало такий матерії поле коливається досить узгоджено, що породжує каскад фотонів в інфрачервоному діапазоні через ефект параметричного резонансу. Далі ці фотони або переходять у тепловий спектр, підвищуючи температуру газу, або за допомогою турбулентного каскаду зсуваються до ультрафіолетових енергій, достатніх для іонізації водню та придушення утворення молекул. Розрахунки вчених показали, що навіть за дуже слабкого зв'язку аксіону та світла така модель здатна забезпечити необхідний рівень ультрафіолетового випромінювання для прямого колапсу та утворення важких чорних дірок масою близько ста тисяч мас Сонця.
Автори роботи зазначають, що, на відміну від традиційних сценаріїв, тут не потрібно ні випромінювання гарячих зірок, ні специфічна структура галактики, що зароджується. Отже, прямий колапс міг початися ще до епохи активного зореутворення, що природно пояснює присутність надмасивних чорних дірок на великих червоних зміщеннях.
Варто зазначити, що зараз не вдалося зареєструвати аксіони, проте фізики продовжують їх пошуки.