初期超大質量ブラックホール形成におけるダークマターの役割(Dark matter could explain earliest supermassive black holes)

2026-04-15 カリフォルニア大学リバーサイド校(UCR)

University of California, Riversideの研究は、初期宇宙に存在する超大質量ブラックホールの形成を、暗黒物質で説明できる可能性を示した。従来、ビッグバン後まもなく巨大ブラックホールが形成された理由は未解明だったが、本研究では暗黒物質が通常物質の崩壊を促進し、急速な質量成長を可能にする新しいシナリオを提案した。特に、暗黒物質の重力的影響によりガスの集積が加速され、従来モデルよりも短時間で巨大ブラックホールが誕生し得ることを示している。この成果は、宇宙初期の構造形成や銀河進化の理解に重要な手がかりを与えるものであり、暗黒物質の性質解明にも貢献すると期待される。

初期超大質量ブラックホール形成におけるダークマターの役割(Dark matter could explain earliest supermassive black holes)
Header image shows an illustration of a supermassive black hole. Credit: blackdovfx/iStock/Getty Images Plus.

<関連情報>

崩壊する暗黒物質から生じる直接崩壊ブラックホール候補 Direct collapse black hole candidates from decaying dark matter

Yash Aggarwal, James B. Dent, Philip Tanedo and Tao Xu
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics  Published: 14 April 2026
DOI:10.1088/1475-7516/2026/04/034

Abstract

Injecting 1–13.6 eV photons into the early universe can suppress the molecular hydrogen abundance and alter the star formation history dramatically enough to produce direct collapse black holes. These, in turn, could explain the recently observed population of puzzling high-redshift supermassive black holes that appear to require super-Eddington accretion. We show that axion dark matter decay in the intergalactic medium can account for this energy injection. We use a single zone model of the gas core and semi-analytically evolve its chemo-thermal properties to track the conditions for which the system becomes an atomic cooling halo — a necessary precursor for the production of heavy black hole seeds to explain the high-redshift black hole population. Windows of axion masses between 24.5–26.5 eV with photon couplings as low as 4 × 10-12 GeV-1 may realize this atomic cooling halo condition. We highlight the significance of the band structure of molecular hydrogen on the effectiveness of this process and discuss estimates of the heavy seed population and prospects for testing this model.

0300航空・宇宙一般
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