原子冷却晕中的流入率评估：对直接坍缩黑洞的启示

超大质量黑洞不仅普遍存在于现今星系中，而且十亿太阳质量的黑洞也曾驱动红移 $z\geq 6$ 的类星体。形成此类黑洞的一种高效途径是巨大原始气体云坍缩成所谓的直接坍缩黑洞。该情景的主要要求是存在 $\rm \geq 0.1~M_{\odot}/yr$ 的大吸积率以形成一颗超大质量恒星。目前尚不清楚如何以及在何种条件下能获得这样的吸积率。本工作的首要目标是确定非等温坍缩条件下的质量吸积率。我们对三个质量为几乘 $\rm 10^7~M_{\odot}$、受强度 $\rm J_{21}=100-1000$ 的外部紫外通量照射的原始晕进行了高分辨率宇宙学模拟。我们发现形成了一个约秒差距尺度的旋转支撑结构，其扁率介于 $\rm 0.25 - 1$ 之间，取决于热力学性质。然而，旋转支撑并未阻止坍缩，且即使在强度 $\rm J_{21} \geq 100$ 的中等紫外背景通量下，也能获得 $\rm \sim 0.1~M_{\odot}/yr$ 的质量流入率。为评估如此大的吸积率能否在更长时标上维持，我们采用了汇粒子（sink particles），证实了 $\rm \sim 0.1~M_{\odot}/yr$ 吸积率的持续性。我们提出，完全的等温坍缩与分子氢抑制可能并非形成超大质量恒星（黑洞种子的前体）所总是必需的。至少在某些情形下，对于 $\rm J_{21}=500-1000$ 的紫外通量可获得足够高的流入率。该数值使得直接坍缩黑洞种子丰度的估计更接近于高红移类星体。