第一代恒星：原恒星反馈下的质量增长

我们进行了三维宇宙学模拟，以检验无金属第三星族（Pop III）恒星在辐射反馈下的增长。我们从 z=100 开始模拟，追踪气体和暗物质的演化，直到第一个 minihalo 形成。然后我们追踪 minihalo 内气体的坍缩，直到密度达到 n = 10^12 cm^-3，此时我们用 sink particle 替换高密度粒子以代表不断增长的原恒星。我们模拟了原恒星发射的 Lyman-Werner (LW) 辐射的效应，并采用光线追踪方案来追踪随后 5000 年内周围 H II 区的增长。我们发现盘在第一颗原恒星周围组装，且辐射反馈不会阻止盘的进一步碎裂以形成多颗 Pop III 恒星。中性氢的电离和 LW 辐射对 H_2 的光解导致致密气体被加热至数千 Kelvin，并且这个温暖区域以气体声速向外膨胀。一旦这个温暖区域的范围与盘的大小相当，盘的质量就会下降，而原恒星上的吸积率则降低一个数量级。这发生在最大的 sink 增长到 ~ 20 M_sol 而第二个 sink 增长到 7 M_sol 时，我们估计主 sink 在到达主序时将达到 ~ 30 M_sol 的渐近值。因此，我们的模拟表明最可能的结果是一对大质量 Pop III 双星。然而，我们只模拟了一个 minihalo，并且 minihalo 之间的统计变化可能很大。如果 Pop III 恒星通常不能增长到超过几十个太阳质量，这将对早期宇宙中 pair-instability supernovae 的发生以及当今可观测的最古老恒星中的 Pop III 化学特征产生重要影响。