超大质量黑洞形成过程中的磁场

对红移 $\rm z> 6$ 类星体的观测报告了十亿太阳质量黑洞的存在。理解它们在如此短的时间尺度内的形成是当前研究的课题。组装超大质量黑洞最有前景的情景之一是在原子冷却晕（$\rm T_{vir} \geq 10^{4} K$）中原星系气体云的单体坍缩。在本文中，我们研究了大质量原始晕中种子黑洞形成期间磁场的放大及其影响。我们对四个不同的晕进行了高分辨率宇宙学磁流体动力学模拟，并追踪其坍缩过程数个自由落体时间，直到模拟达到 $\rm 7 \times 10^{-10} g/cm^{3}$ 的峰值密度。我们的发现表明，无论初始种子场如何，在强吸积激波存在的情况下，磁场强度都会达到饱和状态。在此类条件下，增长时间变得非常短，放大过程在自由落体时间的很小一部分内迅速发生。我们发现，此类强磁场的存在提供了对抗引力的额外支撑，并有助于抑制碎裂。模拟结束时形成了数百太阳质量的巨大团块，并观测到 $\rm 1 M_{\odot}/yr$ 的高吸积率。我们预期在此类吸积率下，这些团块将增长形成质量约为 $\rm \sim 10^{5} M_{\odot}$ 的超大质量恒星。总体而言，磁场的作用似乎支持大质量黑洞的形成。