由暗物质湮灭驱动的 Pop III.1 原恒星演化 II：对 WIMP 性质的依赖

在 $z\gtrsim7$ 时超大质量黑洞（SMBHs）的迅速出现需要有效的途径来形成大质量黑洞种子。我们研究弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的湮灭是否能充分改变原初（Pop III.1）原恒星的演化，从而促成此类“重”种子的形成。使用一维 Geneva 恒星演化代码（GENEC）并实现 Gould 单次散射捕获模块，我们计算了一组原恒星演化模型网格，覆盖环境 WIMP 质量密度 $\rho_\chi=10^{12}$-$10^{16}\ \mathrm{GeV\,cm^{-3}}$，WIMP 质量 $m_\chi=30$-$3000\ \mathrm{GeV}$，自旋相关截面 $\sigma_{\rm SD}=10^{-42}$-$10^{-40}\ \mathrm{cm^2}$，以及重子吸积率 $\dot{M_*}=(1-3)\times10^{-3}\, M_\odot \,{\rm yr}^{-1}$。我们发现结果存在稳健的分岔。对于足够高的环境暗物质密度（$\rho_\chi\gtrsim5\times10^{14}\ \mathrm{GeV\,cm^{-3}}$）和捕获效率（$\sigma_{\rm SD}\gtrsim10^{-41}\ \mathrm{cm^2}$），WIMP 湮灭提供足够能量使原恒星膨胀成扩展的、冷的（Hayashi 轨迹）构型，从而显著抑制电离反馈并允许其不受中断地增长至 $\sim10^{5}\,M_\odot$。较轻的 WIMPs 和较大的 $\sigma_{\rm SD}$ 有利于更早和更强的湮灭支撑；较重的 WIMPs 会延迟该效应。对于我们的基准情况，WIMP 质量 $<$3 TeV 对于允许其增长至超大质量状态是必不可少的，否则原恒星将演化至致密的、受反馈限制的状态，导致“轻”种子。这些结果表明，在合理的晕条件下，DM 湮灭为形成重黑洞种子提供了一条可行通道。