超大质量黑洞种子的形成

我们给出一组六个完全宇宙学的三维模拟，模拟早期宇宙中原子冷却晕的坍缩。我们使用移动网格代码arepo并改进原始化学网络来演化流体动力学与化学方程。加入强Lyman-Werner背景抑制了分子氢冷却，使气体在约8000 K温度下近乎等温演化。强引力力矩有效移除角动量并导致气体中心坍缩，在晕中心形成一个超大质量原恒星。我们用两种方法模拟原恒星：通过与其他 sink粒子并合增长的sink粒子，以及导致绝热核形成的刚性状态方程。我们施加$10^8$、$10^{10}$和$10^{12}\,\text{cm}^{-3}$的阈值密度分别用于sink粒子形成和刚性状态方程起始，以研究原恒星演化的晚期、中期和早期阶段。我们追踪其从质量$\simeq 10\,\text{M}_\odot$到$\simeq 10^5\,\text{M}_\odot$的增长，sink粒子的平均吸积率为$\langle\dot{M}_\star\rangle \simeq 2\,\text{M}_\odot\,\text{yr}^{-1}$，绝热核为$\simeq 0.8 - 1.4\,\text{M}_\odot\,\text{yr}^{-1}$。模拟结束时，中心天体辐射产生的HII区早已脱离原恒星光球，但电离辐射仍被困在内寄主晕中，因此尚未逃逸到星系际介质。完全耦合的辐射-流体动力学模拟是进一步进展的关键。