致密年轻大质量星团中的中等质量黑洞形成

年轻致密大质量星团是通过碰撞形成中等质量黑洞（IMBHs）的有希望的环境。我们展示了一组用Nbody6++GPU对10个初始条件进行的80次模拟，对象为致密的$\sim 7 \times 10^4 M_{\odot}$星团，其半质量半径$R_\mathrm{h} \lesssim 1 pc$，中心密度$\rho_\mathrm{core} \gtrsim 10^5 M_\odot pc^{-3}$，并具有含10%原初双星的已分辨恒星族。质量高达$\sim 400 M_\odot$的极亮星（VMSs）通过硬双星中的双星交换和三体散射事件与主序星迅速增长。假设在VMS-恒星BH碰撞中所有恒星物质都吸积到BH上，IMBHs可在$\lesssim 15$ Myr的时间尺度上形成质量达$M_\mathrm{BH} \sim 350 M_\odot$。这一过程已从Monte Carlo MOCCA模拟得到定性预测。尽管该过程具有随机性——通常不超过3/8的星团实现显示出IMBH形成——我们发现更致密星团中形成效率更高的迹象。假设VMS-BH碰撞的吸积分数为0.5，IMBHs也可形成。对于低至0.1的吸积分数，该过程可能不起作用。形成后，IMBHs可在100 Myr时间尺度上经历与恒星质量BH的中等质量比旋进事件（IMRIs）的偶然并合。我们的庞大模拟套件以超过$10^5$颗恒星、10%双星、包含全部相关演化过程的假定恒星演化模型和300 Myr模拟时间实现，表明数百太阳质量的中等质量黑洞可能在大质量星团诞生后仍处于致密状态时迅速形成。