Eine Frage treibt Kosmologinnen und Kosmologen seit Jahren um: Woher stammen all die extrem massereichen Schwarzen Löcher in unserem Universum? Diese gigantischen Objekte mit teils mehreren Milliarden Sonnenmassen sollten laut kosmologischen Modellen nur durch extrem seltene Ereignisse im frühen Universum entstehen. Und doch enthüllt das James-Webb-Weltraumteleskop immer mehr solcher Strukturen in Teilen des Alls, die nicht einmal eine Milliarde Jahre alt sind.

Nun schlägt ein Forschungsteam um den Physiker Yash Aggarwal von der University of California in Riverside eine mögliche Erklärung vor: Der Zerfall Dunkler Materie könnte die nötige Energie geliefert haben, um extrem massereiche Schwarze Löcher im frühen Universum entstehen zu lassen. Ihre Erkenntnisse haben die Forscher im Fachjournal »Journal of Cosmology and Astroparticle Physics« veröffentlicht.

Die ersten Galaxien bestanden im Wesentlichen aus reinem Wasserstoffgas. Dieses müsste direkt zu einem Schwarzen Loch kollabiert sein, um die extrem massereichen Erscheinungen zu erklären. Aber was brachte das Gas zum Kollabieren? Den kosmologischen Modellen zufolge müssten nahe gelegene Sterne die nötige Energie dafür liefern – doch so eine Konstellation erscheint äußerst unwahrscheinlich. Das deckt sich nicht mit den heutigen Beobachtungen der Weltraumteleskope, die immer mehr solcher Schwarzen Löcher offenbaren.

Aggarwal und seine Kollegen legen nun nahe, dass womöglich die mysteriöse Dunkle Materie die Entstehung extrem massereicher Schwarzer Löcher befeuert hat. Der Zerfall von – bisher noch unbekannten – Teilchen, aus denen Dunkle Materie besteht, könnte die nötige Energie geliefert haben, um den Kollaps der Gaswolken zu verursachen. »Zerfallende Dunkle Materie könnte die Entwicklung der ersten Sterne und Galaxien tiefgreifend verändern, mit weitreichenden Auswirkungen im gesamten Universum«, sagt Aggarwal. »Dieser Mechanismus könnte dazu beitragen, die Lücke zwischen Theorie und Beobachtung zu schließen.«

Um zu diesem Schluss zu kommen, modellierten die Physiker die thermochemische Dynamik des Wasserstoffgases in Gegenwart zerfallender Axionen – einem Kandidaten für Dunkle Materie. Falls diese hypothetischen Teilchen eine Masse zwischen 24 und 27 Elektronenvolt besäßen, könnten sie die Entstehung von extrem massereichen Schwarzen Löchern erklären. 

Bislang ist allerdings noch unklar, worum es sich bei Dunkler Materie handelt. Es werden viele verschiedene Arten von Teilchen und Feldern untersucht, die sich zu dieser mysteriösen Substanz zusammensetzen, aus der rund 27 Prozent unseres Universums bestehen. Die Anwesenheit so vieler junger extrem massereicher Schwarzer Löcher sei ein zusätzlicher Hinweis auf Dunkle Materie, erläutern die Physiker in ihrer Studie – und hilft daher eventuell dabei, Hinweise auf ihre Bestandteile zu liefern.