Mycket nära början, tror forskare, det fanns svarta hål.
Dessa svarta hål, som astronomer aldrig direkt har upptäckt, bildades inte på det vanliga sättet: en explosiv kollaps av en stor, döende stjärna i sin egen tyngdkraft. Ämnet i dessa svarta hål, tror forskare, blev inte krossat till en singularitet av de sista gasparna från en gammal stjärna.
Det var faktiskt inga gamla stjärnor i universitetets första 1 miljard år. Istället fanns det enorma moln av materia, fyllda utrymme, sådd de tidigaste galaxerna. En del av den frågan, tror forskare, klumpade sig samman hårdare men kollapsade i sin egen tyngd, precis som gamla stjärnor senare gjorde när universum åldrades. De kollapsar, tror forskarna, såg ut supermassiva svarta hål som inte hade något tidigare liv som stjärnor. Astronomer kallar dessa singulariteter "direkta kollaps svarta hål" (DCBH).
Problemet med denna teori är dock att ingen någonsin har hittat en.
Men det kan förändras. En ny artikel från Georgia Institute of Technology publicerade 10 september i tidskriften Nature Astronomyproposes att James Webb Space Telescope (JWST), som NASA avser att lansera någon gång under de kommande åren, borde vara känsligt nog för att upptäcka en galax innehållande ett svart hål från denna gamla tid i universums historia. Och den nya studien föreslår en uppsättning signaturer som skulle kunna användas för att identifiera en DCBH-värdgalax.
Och det ultrakraftiga teleskopet kanske inte behöver leta efter himlen så länge för att hitta ett.
"Vi förutspår att det kommande James Webb rymdteleskopet skulle kunna upptäcka och särskilja en ung galax som är värd för ett direkt kollaps svart hål ... med så lite som en total exponeringstid på 20 000 sekunder," skrev forskarna. Senare noterade de att det fanns några "råa" element i den tidsberäkningen.)
För att göra sin förutsägelse använde forskarna en datormodell för att simulera bildandet av en DCBH i det tidiga universum. De upptäckte att när en DCBH bildas, så får det mycket stora, kortlivade, metallfria stjärnor att bildas runt den. Så ljuset som kommer från värdgalaxen skulle innehålla signaturer av stjärnor med lågt metallinnehåll.
De fann också att en växande DCBH avger särskilda, höga frekvenser av elektromagnetisk strålning som JWST kunde känna igen - även om den strålningen skulle ha rest så långt, från en galax som rör sig så snabbt i motsatt riktning, att den skulle ha skiftat om till infraröd strålning genom den tid det nådde vårt solsystem. (Ljus skiftas om eller förflyttas mot längre våglängder när objekt i universum rör sig längre bort från varandra.)
Och det kommer till det bakomliggande skälet till att forskare fortfarande bara kan spekulera (i mycket avancerade termer) om hur en DCBH ska se ut för JWST, och vänta på att JWST faktiskt kommer i rymden: För att studera det tidiga universum har forskare att titta väldigt långt borta, på mycket gammalt ljus som har färdats mycket länge. Det ljuset är särskilt svagt, och utan ett instrument lika känsligt som JWST har mänskligheten för närvarande bara inte ett sätt att upptäcka det.
När JWST startade bör den dock kunna upptäcka en DCBH i relativt kort ordning, skrev forskarna. Det beror på att det finns många svarta hål som forskare redan kan upptäcka från det lite senare universum som de misstänker vara DCBH. Men de svarta hålen är närmare jorden, så de signaler som mänskligheten nu kan upptäcka från dem skapades senare i deras livsområden, när bevisen för hur de bildades har gått förlorade.
Det finns ett antal öppna frågor om DCBH: er som JWST kan besvara, sade forskarna i ett uttalande - till exempel om en DCBH bildas och sedan får en galax att bildas runt den, eller om DCBHs som bildats efter att saken kring dem redan hade klumpat sig tillsammans till stjärnor.
"Detta är ett av de sista stora mysterierna från det tidiga universum," sade Kirk Barrow, tidningens första författare och en ny doktorand vid Georgia Techs School of Physics i uttalandet. "Vi hoppas att denna studie ger ett bra steg mot att räkna ut hur dessa supermassiva svarta hål bildades vid födelsen av en galax."
