源自同步原子冷却晕对的黑洞直接坍缩形成

高红移类星体观测表明，质量大于 $\sim 10^9 ~ M_\odot$ 的超大质量黑洞 (SMBHs) 在 $z=6$ 之前就已经形成。如此巨大的 SMBHs 在宇宙早期形成仍然是一个未解的理论难题。一种可能性是，暴露于强莱曼 - 沃纳 (LW) 辐射下的原子冷却晕中的气体形成了 $10^4-10^6 ~ M_\odot$ 的超大质量恒星，并迅速坍缩成黑洞。我们提出了一种基于原始原子冷却晕同步对的黑洞直接坍缩 (DCBH) 形成情景。我们考虑间距非常小的晕，其中一个晕是另一个晕的子晕。第一个超过原子冷却阈值的晕形成了恒星。在这些恒星形成后不久，另一个晕达到了冷却阈值，并且由于距离新形成的星系很近，它受到了形成 DCBH 所需的临界 LW 强度照射。该情景的主要优势在于，同步性 potentially 可以防止 DCBH 形成晕中的光致蒸发和金属污染。由于晕几乎同时达到原子冷却阈值，DCBH 形成晕仅暴露在电离辐射下一小段时间。紧密的同步可能允许 DCBH 在附近星系中的恒星生命终结并产生超新星风之前形成。我们利用 N 体模拟估算了以此方式形成的 DCBH 的丰度。我们估算中最大的不确定性来源是在原子冷却晕中形成的无金属恒星的初始质量函数 (IMF)。我们发现，即使是紧密同步，该情景下形成的 DCBH 密度也足以解释 $z=6$ 类星体观测所暗示的 SMBHs。金属污染和光致蒸发可能会降低 DCBH 的丰度，使其低于其他依赖高 LW 通量的模型为解释观测所需的标准。