具有蓝倾功率谱的原初密度涨落导致的早期结构形成

虽然大尺度结构和宇宙微波背景 (CMB) 的观测对大于 10 Mpc 尺度上的原初功率谱 (PPS) 振幅提供了强约束，但亚星系长度尺度上的功率谱振幅受到的约束要弱得多。我们研究了具有蓝倾 PPS 的宇宙学模型中的早期结构形成。我们假设标准尺度不变 PPS 在小长度尺度上被修正为 $P(k) \sim k^{m_{\rm s}}$，其中 $m_{\rm s} > 1$。我们运行了一系列宇宙学流体动力学模拟，以检查恒星形成时期和原初恒星的特征质量对 PPS 倾角的依赖性。在 $m_{\rm s} > 1$ 的模型中，恒星形成气体云在 $z > 100$ 时形成，此时由于强烈的 CMB 辐射破坏了化学中间体，氢分子的形成效率低下。由于缺乏有效的冷却剂，气体云在保持高温的同时进行引力收缩。在此类“热”云中形成的原恒星通过吸积迅速增长，成为极高质量的恒星，并可能在 $z > 100$ 时留下质量为几百个太阳质量的大质量黑洞。PPS 的形状 critically 影响第一代恒星的性质及其形成时期。未来的 CMB 偏振和谱畸变实验可能提供关于第一代恒星及其形成时期性质的重要信息，进而揭示小尺度功率谱的形状。