早期宇宙过密区中的大质量恒星形成

大质量黑洞（MBHs）的起源和种群统计特征仍是现代天体物理学中一个开放的问题。在此我们介绍使用 Enzo 代码进行的 BlackDemon 宇宙学模拟套件。该套件主要由三个高分辨率的不同区域组成，每个区域的边长为 1 h$^{-1}$ Mpc。其中两个区域在更大的过密区域内演化，而另一个在更“正常”的区域内演化。该模拟套件具有能够分辨每个区域内首批星系和 MBHs 形成的空间和质量分辨率。我们在此作为系列论文的第一篇，报告该模拟套件演化到每个区域中恒星形成已经开始、以及恒星形成开始后 2 Myr 的情况。在这些环境中，首批形成的天体质量介于约 100 M$_{\odot}$ 和 $10^4$ M$_{\odot}$ 之间。较大质量的天体形成源于主要并合（触发物质快速流入晕中心）以及多次次要并合（使宿主晕增长到接近原子冷却阈值）。在这两种情形下，初始极高的吸积率迅速使天体增长到接近 $10^4$ M$_{\odot}$。然而，由于气体耗尽，吸积在不到 50,000 年内停止。在我们当前的分辨率下，无法推断这些天体在碎裂及后续碎片并合方面的最终命运。在碎裂温和的情况下，此类天体可能在收缩到主序前形成超大质量恒星，演化为大质量第三星族星，并随后成为 MBHs。