直接坍缩黑洞形成的短暂时代

已有理论提出，第一代中等质量（约$10^{5-6}~M_\odot$）黑洞可能通过未污染气体在暴露于强莱曼-沃纳（LW）或近红外（NIR）辐射的原子冷却晕中直接坍缩形成。由于这些系统预计是康普顿厚的，能量高于13.6 eV的光子大部分被吸收并重新处理成较低能带。因此，直接坍缩黑洞（DCBHs）在LW/NIR波段非常明亮，通常比小型高红移星系亮10倍以上。一旦第一批DCBHs形成，它们就会触发进一步的DCBH形成的失控过程，导致其宇宙质量密度突然上升。宇宙在$z \approx 20$时进入“DCBH时代”，此时大部分原子冷却晕正在经历DCBH形成。通过将辐射源的成团特性与蒙特卡洛模拟相结合，我们表明在这种情景下，在我们的基准模型中，DCBH质量密度从$z\sim30$时的约$5~M_\odot$ Mpc$^{-3}$上升到$z\sim14$时的峰值约$5\times10^5 M_\odot$ Mpc$^{-3}$。然而，活跃（吸积）DCBHs的丰度在$z\sim14$之后下降，因为潜在形成位点（维里温度略高于$10^4$ K的未污染晕）中的气体被光蒸发。这种效应几乎完全抑制了$z\sim13$之后的DCBH形成。DCBH形成时代仅持续约1.5亿年，但它可能为驱动$z\sim6$类星体的超大质量黑洞（SMBHs）提供种子。