通过原星系的高速碰撞形成直接坍缩黑洞
星系天体物理
2015-09-24 v2 宇宙学与河外天体物理
摘要
我们提出原星系的高速碰撞是在高红移 (z > 10) 形成质量约为 ~ 10^5 Msun 的超大质量恒星 (SMSs) 的一条新途径。当由维里温度约为 ~ 10^4 K 的暗物质晕宿主原星系以相对速度 > 200 km/s 碰撞时，气体被激波加热至 ~ 10^6 K，随后通过自由 - 自由发射以及 He^+、He 和 H 线发射进行等压冷却。由于气体密度 (> 10^4 cm^{-3}) 足够高，可以通过碰撞解离破坏 H_2 分子，激波气体永远不会冷却到 ~ 10^4 K 以下。一旦约为 ~ 10^5 Msun 的气体云达到此温度，它将变得引力不稳定并形成 SMS，该 SMS 将通过广义相对论不稳定性迅速坍缩成超大质量黑洞 (SMBH)。我们对通过此情景形成的直接坍缩黑洞 (DCBHs) 的数密度进行了简单的解析估计（利用宇宙学 N 体模拟进行校准），发现到 z = 10 时，n_{DCBH} ~ 10^{-9} Mpc^{-3} (共动)。这 potentially 可以解释明亮高红移类星体的丰度。
引用
@article{arxiv.1504.00676,
title = {Direct collapse black hole formation via high-velocity collisions of protogalaxies},
author = {Kohei Inayoshi and Eli Visbal and Kazumi Kashiyama},
journal= {arXiv preprint arXiv:1504.00676},
year = {2015}
}
备注
9 pages, 5 figures, accepted for publication in MNRAS