摘要
在宇宙大爆炸后不到10亿年的时间里,由超大质量黑洞提供能量的类星体是如何形成的?在它们被发现20年后,这仍然是天体物理学中悬而未决的问题之一1,2,3.,4.宇宙学模拟表明,在低剪切环境中,罕见的冷流汇聚在原始光晕上,可能创造了这些类星体,如果它们是104-10年5太阳的质量,但不能决定它们的形成5,6,7,8.对一个原始类星体的前驱晕的半分析研究发现,它有利于这种种子的形成,但无法证实是否真的出现了9.在这里,我们展示了一个罕见的强冷吸积流汇聚处的光晕创造了巨大的黑洞种子,而不需要紫外线背景、超音速流运动甚至原子冷却。冷流在日晕中驱动剧烈的超音速湍流,阻止恒星的形成,直到它达到一定的质量,触发突然的、灾难性的重子坍缩,形成31000到40000颗太阳质量的恒星。这个简单而稳健的过程确保了光晕能够通过红移来形成类星体z> 6产生大量种子。因此,第一批类星体是冷暗物质宇宙学中结构形成的自然结果,而不是先前认为的奇异的、精细的环境10,11,12,13,14.
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数据可用性
执行模拟所需的由MUSIC生成的Enzo参数文件和初始条件文件可在以下位置获得https://doi.org/10.5281/zenodo.5853118.生成初始条件所需的MUSIC输入文件可在以下网站获得https://sites.google.com/site/latifmaastro/ics.进化这两颗恒星所需的MESA inlist文件可以在https://cococubed.com/mesa_market/inlists.html.
代码的可用性
用于生成我们的宇宙学模拟的代码,Enzo v.2.6,可以在https://bitbucket.org/enzo/enzo-dev/tree/enzo-2.6.1.用于演化这两颗恒星的MESA代码v.12778可以在https://zenodo.org/record/3698354#.YgkaN-TfUlQ.
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确认
M.A.L.获得UAEU UPAR批准号。31 s390。S.K.通过ST/V000594/1赠款感谢英国STFC的支持。N.P.H.承认来自欧洲研究理事会的Horizon 2020 ERC整合资助项目ICYBOB的资金。818940.T.E.W.感谢NRC-Canada Plaskett Fellowship的支持。Enzo的模拟是在ueu的高性能计算资源和朴茨茅斯大学(Sciama)的宇宙学和引力研究所进行的。D.J.W.是由维也纳大学天体物理研究所的Ida Pfeiffer教授资助的。
作者信息
作者和隶属关系
贡献
D.J.W.提出了这项研究,协助其发展并撰写了论文。M.A.L.开展了这项研究,进行了Enzo的模拟并分析了数据。S.K.对这项研究的发展及其结果的解释做出了贡献。N.P.H.进行了MESA计算,并与T.E.W.分析了结果
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有竞争利益。
同行评审信息
同行评审信息
自然感谢匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。
扩展的数据图和表
图1坍塌时附加的径向气体剖面。
封闭的气体质量与Jeans质量的比值(a)和气体下落速率(b)分别是在崩塌开始时(绿色),5kyr(蓝色),11kyr(红色)。该比值超过1的地区是天然气容易坍塌的地区。H2质量分数(c)在同一时间。在11kyr时,它们在最小的尺度上接近统一,表明核心几乎完全的分子化。
图2 C1和C2质量随时间的变化在压力底流(实心)和沉降粒子流(虚线)中。
C1质量的偶尔轻微下降是由于地核中其他结构的潮汐剥离。
图3短信1和短信2的演变
吸积速率见(a),赫茨普林-罗素轨迹见(b)。
图4光晕质量与红移的关系。
(a)中的质量从z = 35(大爆炸后80 Myr)到z = 25.7(大爆炸后126 Myr),当它越过正常的Pop III恒星形成阈值时,它开始动态坍缩。光晕从z = 15到z = 6的后续增长如图(b)所示。
图5沉粒流动中湍流核的结构。
图像在一个侧面为25pc, a和b的时间分别为塌陷后的0.6 Myr和1.0 Myr。
图6两颗恒星的Kippenhahn图。
SMS 1和SMS 2的内部结构分别显示在(a)和(b)中。x轴和y轴分别是时间坐标和质量坐标,因此可以通过当时的图表从垂直线上读出恒星的内部结构和在给定时间产生的能量。颜色表示能量产生率,\ ({\ varepsilon} _ {{\ rm {nuc}}} \),在每个质量坐标和红色等高线标记对流主导能量传输的区域(所有其他区域都是辐射)。
扩展数据图7 SMS 1和SMS 2崩溃为DCBHs。
下落速度与质量坐标的比值在(a)和与半径的比值在(b)。
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拉提夫,文学硕士,惠伦,d.j.,霍奇法,S。et al。汹涌的寒流孕育了第一批类星体。自然60748-51(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-04813-y
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