对直接坍缩黑洞生长不利的宇宙学形成位置

直接坍缩（DC）是一种很有前景的机制，可在早期宇宙中提供质量约 $\sim 10^{5}~M_{\odot}$ 的大质量种子黑洞（BH）。为研究由此形成的 DCBH 的长期吸积增长，我们进行了宇宙学辐射-流体动力学模拟，扩展了先前研究其形成阶段的工作。凭借低于邦迪半径的高空间分辨率，我们表明黑洞的吸积率远低于爱丁顿值。这种缓慢的质量增长部分源于吸积黑洞的强辐射反馈。此外，我们发现黑洞在落入第一个星系后相对于气体具有约 $100~{\rm km~s^{-1}}$ 的大速度，这大幅降低了吸积率。后一效应源于 DCBH 通常形成于距星系约 $\sim 1~$kpc 的无金属环境中。黑洞因引力作用在接近星系中心时加速。此后相对速度从不衰减，黑洞不会沉降到星系中心而是持续绕其游荡。解析估计预言，为使黑洞在 $z=7$ 前通过动力学摩擦减速，DCBH 必须在星系中心约 $\sim 100$~pc 内形成。由于这种情况下预期有 $Z \sim 10^{-5} - 10^{-3}~Z_\odot$ 的金属增丰，在无金属贫环境中形成 DCBH 更有利于随后的快速生长。