见证一个超大质量原恒星的诞生

对 $\rm z>6$ 类星体的探测揭示了几个 $\rm 10^9~M_{\odot}$ 量级超大质量黑洞的存在。解释其在早期宇宙中形成的一种潜在途径是所谓的直接坍缩模型，该模型提供了 $\rm 10^5-10^6~M_{\odot}$ 的大质量种子。等温直接坍缩要求晕具有原始成分，并且在强 Lyman Werner 通量存在下分子氢的形成持续受到抑制。在本研究中，我们对两个大质量原始晕进行了高分辨率宇宙学模拟，采用了一个详细的化学模型，该模型包含 $\rm H^-$ 冷却以及束缚-自由 $\rm H^-$ 发射和氢原子瑞利散射的真实不透明度。我们能够将坍缩解析到前所未有的高密度 $\rm \sim 10^{-3}~g/cm^3$ 和约 $\rm 10^{-4}$ AU 的尺度。我们的结果表明，在 $\rm H^-$ 冷却存在下气体冷却至 $\rm \sim$ 5000 K，并在两个模拟晕之一中于约 8000 AU 尺度上诱发碎裂，这可能导致双星的形成。此外，在其中一个晕的 AU 尺度上也发生了碎裂，但团块预期在短时间尺度上合并。我们的结果确认 $\rm H^-$ 冷却并不阻止超大质量恒星的形成，且冷却辐射的俘获稳定了小尺度上的坍缩。