直接坍缩的超大质量黑洞天体作为 Ly$\alpha$ 发射体

直接坍缩形成超大质量黑洞（SMBH）种子是解释 $z>7$ 处类星体来源最具前景的途径。假设原子原始气体，Ly$\alpha$ 光子能否从坍缩的中心区域中逸出，以作为这些前-SMBH 天体检测的诊断手段？球对称坍缩模型发现这些光子被困住并被破坏。我们在 inflow-outflow 几何中进行 Ly$\alpha$ 辐射传输，基于此前涉及辐射传输和磁场力的缩放 cosmological 模型。采用包括持续盘和球形吸积，以及双锥式外流形成的几何，我们获得了致密辐射驱动的膨胀壳的形成。采用蒙特卡洛算法进行 Ly$\alpha$ 传输，考虑 Ly$\alpha$ 光子的消耗和双光子发射。我们发现，相当大比例的 Ly$\alpha$ 光子可以通过锥形区域逸出，并通过变更基本模型参数来计算线轮廓、线峰速度位移、不对称性和锋利程。逸出的 Ly$\alpha$ 辐射是各向异性的，并且对整体的 inflow-outflow 几何较为敏感。在 $z=10$ 的前-SMBH 天体中，Ly$\alpha$ 辐射的逸出比例可超过 95%——理论上可通过 JWST NIRSpec 在 MOS 模式下，在约 $10^4$ 秒内获得 $10\sigma$ 信噪比信号。此外，与高 $z$ 星系和类星体的线形状进行比较后，我们发现：前-SMBH 的线条呈现显著的不对称性和延长的红色尾巴，这可以与之分辨。