关于 Population III 星形成的通用解析模型：反馈与碎片化之间的相互作用

JWST 为我们带来了关于 Cosmic Dawn 的新见解，通过检测到金属自由 Population III (Pop III) 星的独特特征，如强 HeII 辐射、极蓝 UV 光谱和增强的氮丰度。对 Pop III 星形成速率、位置和质量的自洽理论预测对于解释观测结果至关重要，但由于涉及大尺度范围的复杂物理过程，实际操作具有挑战性。一种解决方案是将小尺度星形成过程的解析模型与捕捉大尺度物理过程（如结构形成、辐射背景和 b 态暗物质-气体流动）的宇宙模拟相结合，这些过程规制了 Pop III 星形成的条件。我们构建了一个解析模型，预测 Pop III 星/团簇的最终质量，基于星形成云的属性，基于小尺度星形成模拟和星演化模型的关键结果。我们的模型首次考虑了反馈与碎片化之间的相互作用，涵盖了从分子冷却云中普通小（$\sim 10-2000\ \rm M_\odot$）团簇到原子冷却云中剧烈坍缩形成的大质量（$\gtrsim 10^{4}\ \rm M_\odot$）团簇，后者包含超大质量（$\sim 10^{4}-3\times 10^{5}\ \rm M_\odot$）恒星。以典型宿主高 $z$ 亮度类星体的祖先云为例，模型显示在这种偏置（$\sim4\sigma$）区域中，Pop III 大型团簇形成是常见的（$\sim 20-70\%$），而结果产生的重量级黑洞种子可以解释 $z\sim 6$ 上观察到的亮度类星体（$\gtrsim 10^{46}\ \rm erg\ s^{-1}$）的显著部分。