再电离气体中大质量原初恒星的形成

我们利用前所未有的高分辨率宇宙学流体动力学模拟，研究了高红移处电离气体中原初恒星的形成。我们的方法包含了所有相关的原子和分子物理过程，以追踪前恒星气体云直至约 $10^{18}$ cm$^{-3}$ 的极高密度的热演化。我们在宇宙学模拟的再电离区域内定位了一个恒星形成气体云。当气体云质量约为 40 $M_\odot$ 时，触发了首次失控坍缩。我们表明，云核在其演化过程中对化学 - 热不稳定性以及引力形变均保持稳定。因此，形成了单个原恒星种子，并以约 $10^{-3}$ $M_\odot$/年的速率吸积周围的热气体。我们利用推断出的吸积率进行了原恒星演化计算。当恒星到达零龄主序时，其质量为 $M_{\text{ZAMS}} \sim 40$ $M_\odot$。我们认为，由于获得的 $M_{\text{ZAMS}}$ 与坍缩母云的质量相当，最终恒星质量应接近该值。预期此类大质量（而非特大质量）原初恒星会通过爆炸形成黑洞的超新星/极超新星，导致宇宙早期的化学增丰，并可能是高红移伽马射线暴的前身星。最近发现的超贫金属恒星的元素丰度模式表明，它们可能诞生于被这些大质量原初恒星的超新星增丰过的星际介质中。