高红移类星体宿主的演化与大质量黑洞种子形成的促进

由质量 $\gtrsim 10^9 M_\odot$ 的吸积超大质量黑洞(SMBHs)驱动的高红移亮类星体限制了其形成途径。我们利用并合树追踪宇宙中高度偏置、过密区域内的暗物质晕增长,研究在类星体宿主前身星系中通过气体坍缩形成 SMBH 重种子的过程。前身暗物质晕很可能受到附近恒星形成星系强烈的 H$_2$ 光解辐射的照射,并通过连续并合加热内部气体。源自并合的气体动能以及重子流运动阻止了气体坍缩并延迟了先前的恒星形成。当流速度高于均方根值时,在近乎所有 $10^4$ 个并合树实现中的气体云进入原子冷却阶段,并通过 Ly$\alpha$ 冷却以 $T \simeq 8000 K$ 开始等温坍缩。发生等温气体坍缩的并合树比例为 $14\%$ 且随流速度增加而升高,而其余在短暂等温相后形成 H$_2$ 冷却核。若坍缩气体被增丰至 $Z_{crit}\sim 2\times 10^{-3} Z_\odot$(需要高效的金属混合),该比例可能因金属精细结构线带来的额外冷却而降低。在坍缩的大质量气体中, newborn 原恒星的吸积率介于 $3 \times 10^{-3}-5 M_\odot yr^{-1}$ 之间,其中很大一部分超过抑制恒星辐射反馈的临界吸积率。因此,我们预期恒星质量(推测为黑洞质量)的分布从数百到 above $10^5 M_\odot$ 不等,可能形成大质量黑洞双星并合并产生引力波事件。