对超大质量恒星形成中的辐射反馈：第三星族初始质量函数的质量上限

质量为 $M_\ast \simeq 10^4$--$10^5~{\rm M_\odot}$ 的超大质量星（SMSs）被提出作为高红移超大质量黑洞的可能种子，但其原恒星是否确实能通过气体吸积克服辐射反馈获取足够质量仍存争议。我们研究近期宇宙学模拟中发现的动力学加热原子冷却晕（ACHs）内的原恒星增长，开展了考虑变质量吸积下恒星演化的三维辐射流体动力学（RHD）模拟。我们发现其中一个 ACH 以超过临界值的速率向中心原恒星供料，在此速率之上恒星演化于低温膨胀阶段，几乎不产生电离光子。结果恒星质量不受辐射反馈阻碍地达到 $M_\ast \gtrsim 10^4~{\rm M_\odot}$。在另一个供料速率较低的 ACH 中，恒星大部分生命作为炽热的主序星，发射强烈电离辐射。随后，恒星质量增长在约 $500~{\rm M_\odot}$ 处因星周盘的光蒸发而终止。我们的一系列 RHD 模拟给出了最终恒星质量的公式，该质量由恒星反馈或其寿命决定，是无恒星辐射时来自母云供料速率的函数。将结果与高红移类星体前身晕中 SMS 形成云的统计性质结合，我们构建了 $M_\ast \simeq 100$--$10^5~{\rm M_\odot}$ 范围内 primordial 恒星的偏重质量分布，近似遵循 $\propto M_\ast^{-1.3}$ 的幂律谱，并在 $M_\ast \gtrsim 2 \times 10^4~{\rm M_\odot}$ 处更陡地下降。其大质量黑洞残骸将进一步由致密碎屑盘供给，驱动具有 $L_{\rm bol}~\gtrsim~10^{43}~{\rm erg~s^{-1}}$ 热光度（bolometric luminosity）的“毫类星体”。