暗物质湮灭供能的原初恒星演化至主序阶段研究

早期宇宙中形成的原初恒星被认为寄宿于致密的暗物质（DM）晕中。若暗物质由弱相互作用大质量粒子（WIMPs）构成，这类恒星在其演化早期阶段可能由暗物质湮灭提供能量。我们采用详细的恒星演化程序，在假设恒星内部绝热收缩的WIMPs暗物质湮灭提供足够能量维持恒星平衡的前提下，研究了原初恒星的主序前演化。我们利用宇宙学模拟得出的若干气体质量吸积率，追踪了吸积恒星的演化过程。研究表明，在一组合适的模型参数（如暗物质粒子质量与湮灭截面）下，当恒星到达主序阶段时，其质量可变得非常巨大，高达900至1000倍太阳质量。在暗星阶段，恒星膨胀至超过一千倍太阳半径，而表面温度则保持在10^4 K以下。此阶段核反应产生的能量并不占主导地位。我们还研究了不同气体质量吸积率和暗物质粒子质量的模型。所有不同暗物质粒子质量的模型均经历暗星阶段。对于m_DM ≤ 10 GeV的暗物质质量，暗星的最终质量基本不变。大质量暗星的引力坍缩将在早期宇宙中留下质量高达1000倍太阳质量的大质量黑洞。