尽管科学家们知道大多数星系的中心都有一个超大质量黑洞，但他们无法解释这些引力巨星是如何形成的。
但美国能源部 (DOE) 纽约布鲁克海文国家实验室的物理学家 Hooman Davoudiasl、Peter Denton 和 Julia Gehrlein 确定了一个看似合理的理论：超轻暗物质的“宇宙相变” 。
根据该团队的模型，超大质量黑洞可能是在宇宙从炽热、致密状态冷却时形成的——在星系形成之前。“当宇宙的温度恰到好处时，压力会突然下降到非常低的水平，让重力接管，物质坍缩，”丹顿在一份声明中说。
但在这些条件下，已知粒子的行为不会完全正确，无法形成超大质量黑洞。因此，研究人员假设一种迄今为止尚未观察到的物质形式——超轻暗物质，比原子中心的质子轻 28 倍——可能是这一过程的关键。
“已知粒子之间相互作用的频率表明，正如我们所知，物质不会非常有效地坍缩成黑洞，”丹顿说。“但是，如果存在一个含有超轻暗物质的暗区，那么早期宇宙可能已经具备了一种非常有效的坍缩形式的合适条件。”
超轻暗物质的坍缩将是一个类似于沸水变成蒸汽的相变，但在宇宙的尺度上是相反的——它足以解释超大质量黑洞如何如此迅速地变得如此巨大。
大多数黑洞是在恒星坍缩时形成的，然后随着时间的推移通过收集落入黑洞的物质或与其他黑洞碰撞来收集质量。
但是超大质量黑洞的质量是普通黑洞的数百万或数十亿倍，它们太大而无法通过这些方法形成，因为科学家认为这些庞然大物在我们宇宙历史的早期形成，这不会给它们足够的时间获得如此多的质量。但是布鲁克海文团队的超轻暗物质坍缩模型提供了一个潜在的解释——以及一个需要寻找的信号。
“这些坍塌是一件大事。它们会发出引力波，”丹顿说。“这些波具有特征形状，因此我们对该信号及其预期频率范围进行了预测。”
他说，目前的技术不够灵敏，无法检测到该信号，但在此之前，研究人员将继续完善他们的模型。
一篇描述该理论的论文于 2 月 23 日发表在《物理评论快报》上。
