Ta väte och helium och blanda med mörk materia. Lys med stark ultraviolett strålning från omkringliggande stjärnor. Lägg till några hundra miljoner år och ut kommer ett supermassivt svart hål. Det visar datorsimuleringar av universums allra tidigaste historia.

I mitten av varje galax

Idag har alla stora galaxer ett supermassivt svart hål i mitten, även vår egen galax, Vintergatan.  De är så tunga att ljus inte längre kan lämna dem, därav namnet. Däremot går det att se vad som händer runt sådana här svarta hål. Mängder av materia forsar ner i det, och det skapar intensiv strålning som teleskop kan fånga upp.

 – Supermassiva svarta hål är väldigt märkliga objekt, och vi vet inte var de kommer ifrån, säger Jonathan Tan som är professor i astrofysik på Chalmers tekniska högskola.

Redan 800 miljoner år efter big bang fanns supermassiva svarta hål lika tunga som en miljard solmassor. Men hur det gick till när de bildades kan dagens teleskop ännu inte se.

Datorsimuleringar

Därför har astronomen John Wise vid Georgia Institute of technology gjort datorsimuleringar av universums tidigaste historia för att förstå hur de allra tyngsta objekten vi känner till kunde bildas så snabbt. Det visade sig att mörk materia spelade en större roll än vad man förut har trott.

– De har gjort den hittills mest detaljerade simuleringen av det tidiga universum och pekat ut områden med ansamlingar av mörk materia, säger Jonathan Tan.

Mörk materia-fälla

Forskarna kallar de här ansamlingarna för halor. Den mörka materien ger halorna väldigt stark gravitation jämfört med omgivningen. De blir då som en fälla för den gas av väte och helium som på den tiden fyllde rymden.

Datorsimuleringarna följde en sådan här halo från när universum bara var 270 miljoner år gammalt.

Växte snabbt

Det visade sig att halon växte till sig med en extrem hastighet. Energin från den infallande gasen skapade värme som tillsammans med ultraviolett strålning från närliggande stjärnor förhindrade halon att kollapsa i förtid och bli en stjärna. Den fick växa obehindrat. 

Till slut utvecklades halon till att bli den typ av supermassiva svarta hål som astronomer har kunnat observera 800 miljoner år efter big bang.

Om några år kommer NASA att skicka upp Hubbleteleskopets efterföljare, nämligen James Webb Space Telescope. Det ska se längre ut i universum än något annat teleskop och därmed också längre bak i tiden än någonsin förut. Då kommer vi kanske också få se hur de första supermassiva svarta hålen formades.

Forskningen publicerades i veckans Nature.