恒星质量原初黑洞对首批恒星形成的影响

我们使用宇宙学流体动力学 zoom-in 模拟与半解析模型,研究原初黑洞(PBHs)对首批恒星形成的影响。我们的模型自洽地结合了两种竞争效应:由 PBHs 引发的初始(等曲率)扰动与黑洞吸积反馈。聚焦于质量 $\sim 30\ \rm M_{\odot}$ 的 PBHs,我们发现,当 PBHs 占暗物质的 $f_{\rm PBH}\sim 10^{-4}-0.1$ 时,分子冷却迷你晕中首批恒星形成的标准图像并未被 PBHs 改变,因为中心秒差距内模拟的恒星形成气体云与 $\rm \Lambda CDM$ 情形非常相似。当中心气体密度达到 $10^{5}\ \rm cm^{-3}$ 时,动力学摩擦时标为 $\sim 2-10\ \rm Myr$,因此 PBHs 不太可能沉入恒星形成盘并影响原恒星的演化,尽管它们可能在主序阶段与恒星相互作用。在更大尺度上,PBHs 倾向于将恒星形成推向质量更大的晕,并加速结构形成。后一效应在初始 overdensity 较高的区域更强。对于 $f_{\rm PBH}\sim 10^{-4}-0.01$(被观测限制所允许),承载第三星族(Population III)恒星的晕的坍缩质量分数与 $\rm \Lambda CDM$ 中相似(在 $z\lesssim 30$ 时相差在 $\sim2$ 倍以内),意味着恒星质量 PBHs 对 $z\gtrsim 10$ 处宇宙恒星形成历史的影响很小。我们还发现,原子冷却晕中 PBH 吸积产生的 Lyman-Werner 光子可能促进直接坍缩黑洞的形成。