早期宇宙中暗物质的辐射可能使氢气保持足够热，以至于凝结成黑洞。
超大质量黑洞通常需要数十亿年才能形成。但 詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope ）在 大爆炸 后不久就发现了它们——在它们本应有时间形成之前。
加州大学洛杉矶分校 的天体物理学家发现，如果暗物质衰变，它发出的光子会使氢气保持足够的温度，以便引力将其聚集成巨大的云，并最终将其凝结成一个超大质量 黑洞 。
除了解释非常早期的超大质量黑洞的存在外，这一发现还为一种能够衰变成光子等粒子的暗物质的存在提供了支持。
超大质量黑洞的形成
超大质量黑洞（就像我们 银河 系中心的黑洞）需要很长时间才能形成。通常，黑洞的诞生需要一颗质量至少相当于我们 50 个太阳的巨星燃烧殆尽——这个过程可能需要 10 亿年——并且它的核心会自行坍缩。
即便如此，由此产生的黑洞只有大约 10 个太阳质量，与在我们的银河系中发现的 400 万个太阳质量的黑洞人马座 A* 或其他星系中发现的 10 亿太阳质量超大质量黑洞相去甚远。这种巨大的黑洞可以通过气体和恒星的吸积以及与其他黑洞的合并从较小的黑洞形成，这需要数十亿年的时间。
詹姆斯·韦伯太空望远镜揭开的神秘面纱
那么，为什么 詹姆斯·韦伯太空望远镜 会在时间本身的起点附近发现超大质量黑洞，比它们本应形成的时间早了亿万年呢？加州大学洛杉矶分校 （UCLA） 的天体物理学家有一个与黑洞本身一样神秘的答案：暗物质使氢无法冷却足够长的时间，以至于引力将其凝结成足够大和致密的云，从而变成黑洞而不是恒星。该发现于 8 月 27 日发表在【 物理评论快报 】杂志上。
「当宇宙本身只有五亿年的历史时，发现一个具有十亿个太阳质量的超大质量黑洞，这是多么令人惊讶，」加州大学洛杉矶分校（UCLA）物理学和天文学教授、资深作者亚历山大·库森科（Alexander Kusenko）说。「这就像在恐龙骨骼中找到一辆现代汽车，然后想知道史前时代是谁制造了这辆车。」
太空中气体冷却的挑战
一些天体物理学家认为，一大团气体可能会坍缩，直接形成一个超大质量黑洞，绕过了恒星燃烧、吸积和合并的悠久历史。但有一个问题：引力确实会将一大团气体拉在一起，但不会拉成一团大云。相反，它将气体的各个部分聚集成小光晕，这些光晕彼此靠近漂浮，但不会形成黑洞。
原因是气体云冷却得太快了。只要气体是热的，它的压力就可以抵消重力。然而，如果气体冷却，压力降低，引力可以在许多小区域占上风，这些小区域在引力有机会将整个云拉入单个黑洞之前坍缩成致密的物体。
「气体冷却的速度与分子氢的数量有很大关系，」第一作者、博士生 Yifan Lu 说。「在分子中键合在一起的氢原子在遇到松散的氢 原子 时会耗散能量。氢分子在吸收热能并将其辐射出去时成为冷却剂。早期宇宙中的氢云含有过多的分子氢，气体迅速冷却并形成小光晕而不是大云。
Lu 和博士后研究员 Zachary Picker 编写了代码来计算这种情况的所有可能过程，并发现额外的辐射可以加热气体并解离氢分子，从而改变气体的冷却方式。
「如果你在一定能量范围内添加辐射，它会破坏氢分子并创造阻止大云碎片化的条件，」Lu 说。
暗物质在黑洞形成中的作用
但是辐射从何而来呢？
宇宙中只有极小一部分物质是构成我们的身体、我们的星球、恒星以及我们能观察到的所有其他事物的那种物质。绝大多数物质是由一些新粒子组成的，科学家们尚未确定这些粒子，这些物质是由一些新粒子探测到的。
因此，暗物质的形式和特性是一个有待解开的谜团。虽然我们不知道暗物质是什么，但粒子理论家长期以来一直推测它可能包含不稳定的粒子，这些粒子可以衰变成光子，即光粒子。在模拟中包括这种暗物质提供了气体在坍缩成黑洞时保持在大云中所需的辐射。
暗物质可以由缓慢衰变的粒子组成，也可以由不止一种粒子 种类 组成：有些是稳定的，有些是在早期衰变的。在任何一种情况下，衰变的产物都可能是光子形式的辐射，光子会分解氢分子并防止氢云过快冷却。即使是暗物质非常轻微的衰变也能产生足够的辐射来防止冷却，形成大云，最终形成超大质量黑洞。
「这可能是为什么很早就发现超大质量黑洞的解决方案，」皮克说。「如果你乐观，你也可以将其解读为一种暗物质的积极证据。如果这些超大质量黑洞是由气体云坍缩形成的，那么所需的额外辐射可能必须来自暗区的未知物理学。
