早期宇宙中暗物質的輻射可能使氫氣保持足夠熱，以至於凝結成黑洞。
超大質素黑洞通常需要數十億年才能形成。但 占士·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope ）在 大爆炸 後不久就發現了它們——在它們本應有時間形成之前。
加州大學洛杉磯分校 的天體物理學家發現，如果暗物質衰變，它發出的光子會使氫氣保持足夠的溫度，以便重力將其聚整合巨大的雲，並最終將其凝結成一個超大質素 黑洞 。
除了解釋非常早期的超大質素黑洞的存在外，這一發現還為一種能夠衰變成光子等粒子的暗物質的存在提供了支持。
超大質素黑洞的形成
超大質素黑洞（就像我們 銀河 系中心的黑洞）需要很長時間才能形成。通常，黑洞的誕生需要一顆質素至少相當於我們 50 個太陽的巨星燃燒殆盡——這個過程可能需要 10 億年——並且它的核心會自行塌縮。
即便如此，由此產生的黑洞只有大約 10 個太陽質素，與在我們的銀河系中發現的 400 萬個太陽質素的黑洞人馬座 A* 或其他星系中發現的 10 億太陽質素超大質素黑洞相去甚遠。這種巨大的黑洞可以透過氣體和恒星的吸積以及與其他黑洞的合並從較小的黑洞形成，這需要數十億年的時間。
占士·韋伯太空望遠鏡揭開的神秘面紗
那麽，為什麽 占士·韋伯太空望遠鏡 會在時間本身的起點附近發現超大質素黑洞，比它們本應形成的時間早了億萬年呢？加州大學洛杉磯分校 （UCLA） 的天體物理學家有一個與黑洞本身一樣神秘的答案：暗物質使氫無法冷卻足夠長的時間，以至於重力將其凝結成足夠大和致密的雲，從而變成黑洞而不是恒星。該發現於 8 月 27 日發表在【 物理評論快報 】雜誌上。
「當宇宙本身只有五億年的歷史時，發現一個具有十億個太陽質素的超大質素黑洞，這是多麽令人驚訝，」加州大學洛杉磯分校（UCLA）物理學和天文學教授、資深作者亞歷山大·庫森科（Alexander Kusenko）說。「這就像在恐龍骨骼中找到一輛現代汽車，然後想知道史前時代是誰制造了這輛車。」
太空中氣體冷卻的挑戰
一些天體物理學家認為，一大團氣體可能會塌縮，直接形成一個超大質素黑洞，繞過了恒星燃燒、吸積和合並的悠久歷史。但有一個問題：重力確實會將一大團氣體拉在一起，但不會拉成一團大雲。相反，它將氣體的各個部份聚整合小光暈，這些光暈彼此靠近漂浮，但不會形成黑洞。
原因是氣體雲冷卻得太快了。只要氣體是熱的，它的壓力就可以抵消重力。然而，如果氣體冷卻，壓力降低，重力可以在許多小區域占上風，這些小區域在重力有機會將整個雲拉入單個黑洞之前塌縮成致密的物體。
「氣體冷卻的速度與分子氫的數量有很大關系，」第一作者、博士生 Yifan Lu 說。「在分子中鍵合在一起的氫原子在遇到松散的氫 原子 時會耗散能量。氫分子在吸收熱能並將其輻射出去時成為冷卻劑。早期宇宙中的氫雲含有過多的分子氫，氣體迅速冷卻並形成小光暈而不是大雲。
Lu 和博士後研究員 Zachary Picker 編寫了程式碼來計算這種情況的所有可能過程，並行現額外的輻射可以加熱氣體並解離氫分子，從而改變氣體的冷卻方式。
「如果你在一定能量範圍內添加輻射，它會破壞氫分子並創造阻止大雲碎片化的條件，」Lu 說。
暗物質在黑洞形成中的作用
但是輻射從何而來呢？
宇宙中只有極小一部份物質是構成我們的身體、我們的星球、恒星以及我們能觀察到的所有其他事物的那種物質。絕大多數物質是由一些新粒子組成的，科學家們尚未確定這些粒子，這些物質是由一些新粒子探測到的。
因此，暗物質的形式和特性是一個有待解開的謎團。雖然我們不知道暗物質是什麽，但粒子理論家長期以來一直推測它可能包含不穩定的粒子，這些粒子可以衰變成光子，即光粒子。在模擬中包括這種暗物質提供了氣體在塌縮成黑洞時保持在大雲中所需的輻射。
暗物質可以由緩慢衰變的粒子組成，也可以由不止一種粒子 種類 組成：有些是穩定的，有些是在早期衰變的。在任何一種情況下，衰變的產物都可能是光子形式的輻射，光子會分解氫分子並防止氫雲過快冷卻。即使是暗物質非常輕微的衰變也能產生足夠的輻射來防止冷卻，形成大雲，最終形成超大質素黑洞。
「這可能是為什麽很早就發現超大質素黑洞的解決方案，」皮克說。「如果你樂觀，你也可以將其解讀為一種暗物質的積極證據。如果這些超大質素黑洞是由氣體雲塌縮形成的，那麽所需的額外輻射可能必須來自暗區的未知物理學。
