第一代星系中冷吸积激波形成的超大质量黑洞
宇宙学与河外天体物理
2015-06-04 v1
摘要
我们提出在第一代星系中心附近碰撞的冷吸积流激波区域形成超大质量恒星（SMS；>10^5太阳质量）的新场景。最近的数值模拟表明，典型的第一代星系（维里温度约10^4K）的组装通过冷密流深入中心进行，其中超音速流相互碰撞形成热密（约10^4K，约10^3/cc）激波气体。激波后层首先通过高效的Lyα发射冷却，并等压收缩至8000K。该层是否继续等压收缩取决于此时的密度：如果密度足够高（>10^4/cc）以碰撞激发H2振转能级，则增强的H2碰撞解离抑制气体进一步冷却。在这种情况下，该层碎裂成质量超过10^5太阳质量的云团，这些云团通过Lyα冷却等温（约8000K）坍缩而不再碎裂。结果，预期形成超大质量恒星并最终演化为超大质量黑洞的种子。通过计算激波后气体的热演化，我们限定了SMS形成的激波后条件范围，可表示为：对于n<10^4/cc，T>6000K/(n/10^4/cc)；对于n>10^4/cc，T>5000-6000K，这在一定程度上取决于初始电离度。我们发现金属丰度低于10^-3太阳丰度时，如果金属处于气相，则金属增丰不影响上述条件；而如果百分之几的金属凝结成尘埃，则将该临界金属丰度降低一个数量级。与先前提出的需要极强紫外辐射来抑制H2冷却的SMS形成场景不同，我们的场景自然地解释了第一代星系组装过程中超大质量黑洞种子的形成，即使没有如此强的辐射。
引用
@article{arxiv.1202.5380,
title = {Supermassive black hole formation by the cold accretion shocks in the first galaxies},
author = {Kohei Inayoshi and Kazuyuki Omukai},
journal= {arXiv preprint arXiv:1202.5380},
year = {2015}
}
备注
9 pages, 4 figures, accepted for publication in MNRAS