دو نوع اصلی سیاهچاله وجود دارد: سیاهچالههای با جرم ستارهای و سیاهچالههای فوقسنگین که در اندازه، تشکیل و تاثیر بر کهکشان مادر خود تفاوت دارند. سیاهچالههای با جرم ستارهای که چند برابر تا دوازده برابر جرم خورشید هستند، از ستارگان عظیمی که فرو میپاشند، تشکیل میشوند. از طرف دیگر، سیاهچالههای فوقسنگین میلیونها تا میلیاردها برابر سنگینتر از سیاهچالههای ستارهای هستند و معمولاً در مرکز کهکشانها زندگی میکنند و از طریق جذب ماده و ادغام با دیگر اجرام رشد میکنند.
منشأ سیاهچالههای فوقسنگین (SMBHs)، بهویژه آنهایی که بیش از یک میلیارد برابر جرم خورشید دارند و در شیفت قرمزهای بالا قرار دارند، هنوز نامشخص است. این اجرام، همانطور که از شیفت قرمز بالای آنها مشخص است، در فواصل بسیار دور از زمین قرار دارند و بنابراین در برخی از ابتداییترین دورههای تاریخ کیهان وجود دارند. یکی از فرآیندهای اصلی تشکیل، فروپاشی مستقیم ابرهای گاز اتمی سرد شده بدون تبدیل به ستاره است. این فرآیند ممکن است یک سیاهچاله «بذر» با جرم حدود 100,000 برابر جرم خورشید ایجاد کند که میتواند از طریق بذرهای سنگین رشد کند و به یک میلیارد جرم خورشید برسد.
در مقالهای که توسط تیمی به رهبری هاو ژائو از دانشگاه کرنل منتشر شده است، این تیم فرآیندی را بررسی کردهاند که ممکن است وجود سیاهچالههای فوقسنگین در شیفتهای قرمز بالا را توضیح دهد. در مرکز فرضیه آنها، جریان تابش فرابنفش قرار دارد که میتواند مولکولهای هیدروژن را شکسته و از تکهتکه شدن ابر جلوگیری کند و امکان فروپاشی آن را فراهم سازد. به عبارت دیگر، آنها نظریهای دارند که توضیح میدهد چگونه تابش فرابنفش میتواند شرایط لازم برای تشکیل سیاهچالههای فوقسنگین در اوایل تاریخ کیهان را فراهم کند.
آنها فرض میکنند که ماده تاریک از ذرات فوق سبک و موجمانند به نام «اکسیونها» تشکیل شده است که از طریق تعاملات خاص توپولوژیکی که ریاضیاً به آنها «ترم چر-سایمونس» گفته میشود، با الکترومغناطیس تعامل دارند. در هالههای ماده تاریک، نوسانات میدان اکسیون میتواند فوتونهای مادون قرمز را از طریق انتقال انرژی از میدان اکسیون به فوتونها (رزونانس پارامتریک) تقویت کند. این فرآیند همچنین میتواند به تابش فرابنفش منجر شود، چه از طریق انرژی حرارتی که به تعادل میرسد در هالههای ضخیم نوری، و چه از طریق یک انفجار فوتونی قوی از فرآیند رزنانس.
مطالعه نشان میدهد که ماده تاریک فوق سبک (اکسیونها) میتواند فوتونهای فرابنفش کافی برای فروپاشی مستقیم یک سیاهچاله از طریق فرآیند رزنانس پارامتریک تولید کند. این امر اجازه میدهد تا سیاهچالهها در ابتداییترین دورههای تاریخ کیهان تشکیل شوند، بدون نیاز به نور ستارهای یا تکامل ستارگان، و میتواند وجود سیاهچالههای فوقسنگین در شیفتهای قرمز بالا را توضیح دهد.
مکانیزم آنها کار میکند و با چندین نظریه مدرن مانند مدل استاندارد کیهانشناسی (که ساختار و تکامل کیهان را بیان میکند) و با بذرهای رشته کیهانی (که بهعنوان نقصهای توپولوژیکی یکبعدی در فضا-زمان نظریهپردازی شدهاند) همخوانی دارد. حتی عناصری از نظریه رشتهها از مدل پشتیبانی میکنند، جایی که حلقههای رشته کیهانی میتوانند با کاشت زودهنگام هالهها و متمرکزتر کردن آنها، احتمال تشکیل سیاهچالهها را افزایش دهند.