来自亚 keV 暗物质的超大质量黑洞种子

在红移 $z\sim 6-7.5$ 观测到的类星体由超大质量黑洞驱动，这些黑洞过大，若无非高效的超爱丁顿吸积则无法由早期恒星残骸生长而来。缓解此张力的一种提议是：尘埃与无金属气体云经历直接坍缩过程，在红移 $z \sim 17$ 左右产生质量 $M_\textrm{seed}\sim10^5 M_\odot$ 的黑洞种子。为使直接坍缩发生，必须存在大量 UV 光子通量以光解离分子氢，使气体缓慢冷却并避免碎裂。我们研究了亚 keV 质量暗物质衰变或湮灭产生引发直接坍缩所需 UV 通量的可能性。我们发现质量范围 $13.6 \textrm{ eV} \le m_{dm} \le 20 \textrm{ eV}$ 的湮灭暗物质可产生所需通量且避开现有约束。构成全部暗物质丰度的非热产生暗物质粒子需热平均截面 $\langle\sigma v \rangle \sim 10^{-35}$ cm$^3/$s。或者，通量可源自仅占总暗物质密度约 $\sim10^{-9}$ 份额的热遗迹。不受独立天体物理观测约束的衰变暗物质模型不足以充分抑制分子氢，除非气体云嵌于比当前模拟预测更大、更尖或更为集中的暗物质晕中。最后，我们探讨了纳入完整三维效应后结果的可能变化。值得注意的是，我们证明若 $\mathrm{H}_2$ 自屏蔽低于本工作所用的保守估计，则能引发直接坍缩的湮灭与衰变暗物质模型范围均显著扩大。