通过原初星团中的碰撞失控播种高红移类星体

我们研究了高红移、贫金属星团中的恒星碰撞失控如何形成非常大质量恒星 (VMS)，这些恒星可直接坍缩成中等质量黑洞 (IMBH)。我们使用自适应网格细化代码 RAMSES 结合非平衡化学包 KROME，通过高分辨率宇宙学流体动力学变焦模拟，追踪了一对邻近高红移迷你晕的演化。假设第一个坍缩的迷你晕富集了另一个迷你晕的中心核星团 (NSC) 至临界金属丰度，足以在红移 $z\approx27$ 处形成第二星族 (Pop. II) 恒星。利用金属富集晕核心形成的扁平、不对称气体云的空间构型，我们为非球形初始星团模拟设置了初始条件，使用的是直接求和代码 NBODY6，并将其与约 2000 次针对广泛星团参数范围的球形星团 NBODY6 模拟进行了比较。形成的 VMS 的最终质量强烈依赖于 NSC 的初始质量和初始中心密度。对于我们 RAMSES 模拟建议的初始中心密度，质量大于 400 M$_{\odot}$ 的 VMS 可以在恒星质量约为 $\approx10^4$ M$_{\odot}$ 的星团中形成，而对于质量更大、密度更高的星团，这一数值可增加到远超 1000 M$_{\odot}$。我们在如此早期的宇宙时刻在这些迷你晕中发现的形成 VMS 的高概率，使得 Pop. II 星团的碰撞失控成为产生大量高红移 IMBH 的一个有希望的渠道，这些 IMBH 可能作为超大质量黑洞的种子。