Dans l'Univers primordial, de minuscules trous noirs ont pu naître — avec la masse d'une montagne, mais la taille d'un noyau atomique. Aujourd'hui, ils pourraient servir d'usines à matière noire. Deux mécanismes sont en jeu : l'évaporation habituelle (rayonnement de Hawking) et la superradiance, moins connue. Ce processus consiste en ce que la rotation du trou noir agite le champ environnant, lui soutire de l'énergie et la convertit en un nuage de particules.

Les auteurs de l'étude ont ajouté au tableau un détail important issu de la théorie des cordes — ce qu'on appelle l'« axiverse » (univers axionique). Selon cette théorie, il pourrait exister non pas un, mais des centaines ou des milliers de types de particules ultra-légères — les axions. Lorsqu'un trou noir émet simultanément de nombreux types de telles particules, sa rotation s'intensifie, et la superradiance devient beaucoup plus efficace. Le nuage de particules autour du trou noir croît plus rapidement et atteint une densité plus élevée.

L'aboutissement pourrait être une « micro-étoile bosonique » — un amas auto-gravitant de matière noire, résiduel après que le trou noir a cessé de l'alimenter. De tels objets n'émettent pas de lumière et n'interagissent presque pas avec la matière ordinaire, mais ils possèdent une masse et créent de la gravité. Les calculs montrent que ce scénario fonctionne pour une large gamme de masses de trous noirs et d'axions. Il élargit considérablement la région des paramètres où les trous noirs primordiaux peuvent expliquer toute la matière noire observée.

Curieusement, les axions eux-mêmes, émis lors de l'évaporation, ne contribuent presque pas au rayonnement de l'Univers primordial — leur trace dans le fond diffus cosmologique est infinitésimale. Ainsi, le canal principal de production de matière noire reste la superradiance, et non l'émission directe de particules.