För ungefär 13 miljarder år sedan, när vårt universum fortfarande bara var en skrämmande start, träffade kosmos en kreativ strimma och tappade ut supermassiva svarta hål vänster, höger och mitten.
Astronomer kan fortfarande smyga en titt på dessa reliker från det tidiga universum när de tittar på kvasarer, otroligt stora, enastående ljusa föremål som tros drivas av gamla svarta hål miljarder gånger massivare än jordens sol. Men själva existensen av dessa gamla föremål utgör ett problem. Många kvasarer verkar komma från universumets första 800 miljoner år, långt innan några stjärnor kunde bli stora eller gamla nog för att kollapsa under sin egen massa, explodera i en supernova och bilda ett svart hål.
Så var kommer dessa gamla hål i rymdtidens tyg ifrån? Enligt en populär teori kanske allt som krävs är en hel del gas.
I en ny studie, publicerad 28 juni i The Astrophysical Journal Letters, körde forskare en datormodell för att visa att vissa supermassiva svarta hål i det mycket tidiga universum kunde ha bildats genom att helt enkelt samla en gigantisk mängd gas i ett gravitationsbundet moln. Forskarna fann att inom några hundra miljoner år kunde ett tillräckligt stort moln kollapsa under sin egen massa och skapa ett litet svart hål - ingen supernova krävs.
Dessa teoretiska föremål är kända som direkta kollaps svarta hål (DCBH). Enligt svarthålsexperten Shantanu Basu, huvudförfattare till den nya studien och en astrofysiker vid Western University i London, Ontario, är en av de viktigaste funktionerna i DCBH: er att de måste ha bildats mycket, mycket snabbt inom en mycket kort tidsperiod i tidigt universum.
"De svarta hålen bildas under en längd på bara cirka 150 miljoner år och växer snabbt under denna tid," berättade Basu till Live Science i ett e-postmeddelande. "De som bildas i den tidiga delen av tidsfönstret på 150 miljoner år kan öka sin massa med en faktor 10 tusen."
Hur blir ett gasmoln ett svart hål? Enligt en studie från 2017 kräver en sådan omvandling två galaxer med mycket olika personligheter: en av dem en kosmisk övervärderare som bildar massor av babystjärnor och den andra en låg nyckel med stjärnlös gas.
När nya stjärnor bildas i den upptagna galaxen, spränger de ut en konstant ström av varm strålning som tvättar sig över den angränsande galaxen och förhindrar att gasen där samlas ihop till sina egna stjärnor. Inom några hundra miljoner år kunde det stjärnlösa gasmoln få så mycket materia att det helt enkelt kollapsar under sin egen vikt och bildar ett svart hål utan att någonsin producera en stjärna, fann Basu.
Snart kan detta "utsäde" svarta hål fortsätta för att nå supermassiv status genom att snabbt gabba upp ämnen från närliggande nebulosor - eventuellt föda de gargantuan kvasarer vi kan se idag.
Enligt Basu kan denna handling av kosmisk koreografi ha varit möjlig endast för ett kort tidsfönster, inom de första 800 miljoner åren av universumets liv, innan rymden blev för trångt med stjärnor och andra svarta hål för att processen skulle kunna inträffa. Inom 1 miljard år efter Big Bang kan det redan ha varit så mycket bakgrundsstrålning i universum att ett supermassivt svart hål skulle kämpa för att hitta tillräckligt med gas för att suga upp och fortsätta sin exponentiella tillväxt.
"Vi antar ingen ny produktion av svarta hål efter denna 150 miljoner år", sade Basu. "Detta förklarar varför det finns ett kraftigt fall i antalet svarta hål över en viss massa och ljusstyrka i universum."
Medan DCBH: er förblir teoretiska för tillfället, tror vissa astronomer att Hubble-rymdteleskopet faktiskt har fångat ett sådant objekt som bildades 2017. Enligt författarna till en studie från det året om ämnet försvann en gigantisk stjärna helt enkelt före Hubbles kamera öga, försvinner utan att få en supernova. Den bästa förklaringen, skrev forskarna, är att den massiva stjärnan helt enkelt kollapsade i ett svart hål utan pomp eller fyrverkerier.
Under den fleråriga undersökningen som kulminerade i 2017-studien exploderade sex andra närliggande stjärnor i eld och raseri, vilket tyder på att ungefär 1 av 7 (14%) stora stjärnor uppfyller sina ändor genom att helt enkelt försvinna i tomrummet.
