超大质量星族 III 恒星的演化

目前认为，在 $z \sim15-20$ 处原子冷却晕中形成的超大质量原初恒星是宇宙中最早类星体的前身。在此图像中，恒星在 $0.1 - 1$ $M_\odot$ yr$^{-1}$ 的吸积率下演化，直到广义相对论不稳定性在质量达到 $\sim10^5$ $M_\odot$ 时触发其坍缩为黑洞。然而，吸积流维持如此高吸积率的能力关键取决于吸积恒星的光球性质，因为其电离辐射可能减弱甚至中止吸积。在此，我们展示了吸积率为 $0.001 - 10$ $M_\odot$ yr$^{-1}$ 的超大质量星族 III 原恒星的新模型，这些模型使用包含内部结构广义相对论修正的 GENEVA 恒星演化代码计算。我们采用多方稳定性判据来估计坍缩发生的质量，近期的流体动力学模拟已表明该判据给出的是实际坍缩质量的下限。我们发现，当吸积率高于 $0.001$ $M_\odot$ yr$^{-1}$ 时，恒星演化为表面温度低于 $10^4$ K 的红色冷超巨星，朝向 $>10^5$ $M_\odot$ 的质量增长；仅当吸积率 $\lesssim0.001$ $M_\odot$ yr$^{-1}$ 时，它们才变为表面温度高于 $10^5$ K 的蓝色热恒星。与先前研究相比，我们的结果扩展了电离反馈保持微弱的质量和吸积率范围，加强了直接坍缩作为首批类星体起源的论证。