解析原星系的形成 II：中心引力坍缩

众多宇宙学流体动力学研究已探讨了星系的形成。在此，我们选择研究星系形成的初始阶段，包括非平衡原子原始气体冷却、引力和流体动力学。利用适用于结构形成共识宇宙学模型的初始条件，我们对高红移处约 $10^8 M_\odot$ 的星系进行了两次自适应网格细化模拟。计算在所有时刻均以超过 16 个网格单元解析了 Jeans 长度，并捕捉了超过 14 个数量级的长度尺度。在这两种情况下，发现密度为 $10^5$ 太阳质量、尺度为 1 秒差距的中心区域迅速收缩，且湍流马赫数高达 4。尽管等温气体的 Jeans 长度不断减小，我们在坍缩过程中仅发现一个碎裂位点。然而，旋转长期棒状不稳定性将角动量向外输送至中心秒差距范围内，随着气体继续坍缩，导致产生多个嵌套的不稳定碎片，其质量递减至亚木星质量尺度。虽然这些数值实验忽略了恒星形成和反馈，但它们清晰地突出了引力坍缩气体中的湍流物理。我们计算中观察到的角动量分馏在由气体坍缩形成超大质量黑洞的理论中起着重要作用。