高红移星系中的第三族恒星及其残骸

最近的第三族恒星形成模拟表明，除了具有数十个太阳质量的特征质量外，部分恒星还形成于双星系统中。无金属恒星的死亡导致了宇宙的初始化学增丰以及首批恒星级黑洞的产生。在此，我们展示了对一个过密区域的宇宙学自适应网格细化模拟，该区域在红移 15 时形成了数个 $10^9 Msun$ 的暗物质晕和超过 13,000 颗第三族恒星。我们发现，大多数晕直到达到 $M_{vir} \sim 10^7 Msun$ 时才形成第三族恒星，因为该偏置区域迅速被第三族恒星和星系增丰，后者也产生了抑制 $H_2$ 形成的高水平紫外辐射。尽管如此，第三族恒星继续在质量更大的晕中形成，在红移 15 时的形成率约为 $\sim 10^{-4} Msun yr^{-1} Mpc^{-3}$。质量最大的无恒星晕质量为 $7 \times 10^7 Msun$，这可能通过直接气体坍缩情景宿主大质量黑洞的形成。我们表明，第三族残骸的多重性在晕质量超过 $10^8 Msun$ 时随之增长，最终平均在 $10^9 Msun$ 的晕中拥有 50 个残骸。这意味着源自无金属恒星的大质量 X 射线双星和中等质量黑洞在高红移星系中可能十分丰富。