في الكون المبكر، قد تكون نشأت ثقوب سوداء صغيرة جدًا — بكتلة جبل، ولكن بحجم نواة ذرية. اليوم، يمكنها أن تعمل كمصانع للمادة المظلمة المادة المظلمة. هناك آليتان: التبخر المعتاد (إشعاع هوكينغ) والإشعاع الفائق الأقل شهرة. هذه عملية يدور فيها الثقب الأسود فيؤرجح الحقل المحيط به، ويسلب منه الطاقة ويحولها إلى سحابة من الجسيمات.
أضاف مؤلفو العمل تفصيلًا مهمًا من نظرية الأوتار — ما يسمى بـ «الكون الأكسيوني» (string axiverse). وفقًا لهذه النظرية، قد توجد في الطبيعة ليس نوع واحد، بل مئات أو آلاف الأنواع من الجسيمات فائقة الخفة — الأكسيونات. عندما يصدر الثقب الأسود العديد من هذه الأنواع في وقت واحد، يزداد دورانه، ويصبح الإشعاع الفائق أكثر فعالية بكثير. سحابة الجسيمات حول الثقب الأسود تنمو بشكل أسرع وتصل إلى كثافة أعلى.
قد تكون النهاية «نجمًا بوزونيًا صغيرًا» — كتلة ذاتية الجاذبية من المادة المظلمة المادة المظلمة، تبقى بعد أن يتوقف الثقب الأسود عن ضخ الطاقة. هذه الأجسام لا تضيء ولا تتفاعل تقريبًا مع المادة العادية، ولكن لها كتلة وتخلق جاذبية. أظهرت الحسابات أن هذا السيناريو يعمل لمجموعة واسعة من كتل الثقوب السوداء والأكسيونات. إنه يوسع بشكل ملحوظ منطقة المعلمات حيث يمكن للثقوب السوداء البدائية أن تفسر كل المادة المظلمة المرصودة المادة المظلمة.
من المثير للاهتمام أن الأكسيونات نفسها، التي تنبعث أثناء التبخر، لا تساهم تقريبًا في إشعاع الكون المبكر — أثرها في الخلفية الكونية الميكروية ضئيل للغاية. وبالتالي، تبقى القناة الرئيسية لتوليد المادة المظلمة المادة المظلمة هي الإشعاع الفائق، وليس الانبعاث المباشر للجسيمات.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2606.20524
We study the effects of string axion emission on dark matter production by light primordial black holes (PBHs), through both evaporation and superradiance. We show, in particular, that the Hawking emission of $$\mathcal{O}(100-10^5)$$ light axion species predicted in realistic string theory constructions can significantly enhance the efficiency of superradiance, given the associated increase in the PBH spin. The string axiverse thus significantly expands the parametric regions (dark matter mass and PBH mass and spin) for which a sizeable fraction of dark matter may presently be in the form of "micro-boson stars": the self-gravitating remnants of superradiant dark matter clouds. Conversely, for too large a number of axion species PBHs evaporate too quickly for superradiant clouds to attain their maximum mass. Finally, assuming that all dark matter is produced by PBHs (through both superradiance and Hawking emission), we show that the axions emitted during PBH evaporation give an immeasurably small contribution to the relativistic degrees of freedom at recombination.
يعمل الإشعاع الفائق كتناظر كوني لليزر، ولكن للموجات الثقالية: دوران الثقب الأسود يعزز حقل الجسيمات، مما يجعلها تتكاثر بشكل انهياري.
في رواية «السحب السوداء» لفريد هويل، سحابة غاز ذكية هي شكل من أشكال الحياة — النجوم البوزونية الصغيرة من هذه المقالة ستكون أيضًا كتلًا غير مرئية، ولكن دون أي تلميح للذكاء.