暗物质晕内的直接坍缩是形成高红移超大质量黑洞种子的一条有效途径。这种坍缩的外部仍然是光学薄的，并且已经使用数值模拟进行了深入的研究。然而，坍缩的最内部区域预计会变得光学厚，需要我们跟踪辐射场，以了解其随后的演变。到目前为止，绝热近似仅用于此目的。我们应用辐射转移在通量限制扩散（FLD）近似解决耦合气体和辐射的演化，孤立的晕。对于孤立DM晕内的直接坍缩，我们发现：（1）光球在~10^{-6} pc时形成并迅速向外膨胀。(2)一个中央核心的形式，与质量的~1钼，支持热气体压力梯度和旋转。(3)（4）这一过程伴随着强烈的各向异性外流，另一个核在附近形成并迅速生长。(5)从这些核心周围的光球层发出的典型辐射光度约为5 x 10^{37}-5 x 10^{38}尔格/秒，与爱丁顿光度相当。(6)这一过程有两个变率时间尺度：一个是长变率，与中心~10^{-4}-10 ^{-3} pc的吸积流有关;另一个变率时间尺度为~0.1年，与辐射扩散有关。(7)绝热模型已经运行的比较和他们的演变深刻不同的FLD模型，通过形成一个中心的几何厚盘。总的来说，绝热状态方程不是直接坍缩高级阶段的良好近似，主要是因为FLD中的辐射能够由于光学深度和相关梯度的各向异性而逃逸。
英文摘要：
Direct collapse within dark matter (DM) halos is a promising path to form supermassive black hole (SMBH) seeds at high redshifts. The outer part of this collapse remains optically thin, and has been studied intensively using numerical simulations. However, the innermost region of the collapse is expected to become optically thick and requires us to follow the radiation field in order to understand its subsequent evolution. So far, the adiabatic approximation has been used exclusively for this purpose. We apply radiative transfer in the flux-limited diffusion (FLD) approximation to solve the evolution of coupled gas and radiation, for isolated halos. For direct collapse within isolated DM halos, we find that (1) the photosphere forms at ~10^{-6} pc and rapidly expands outward. (2) A central core forms, with a mass of ~1 Mo, supported by thermal gas pressure gradients and rotation. (3) Growing thermal gas and radiation pressure gradients dissolve it. (4) This process is associated with a strong anisotropic outflow, and another core forms nearby and grows rapidly. (5) Typical radiation luminosity emerging from the photosphere encompassing these cores is ~5 x 10^{37}-5 x 10^{38} erg/s, of order the Eddington luminosity. (6) Two variability timescales are associated with this process: a long one, which is related to the accretion flow within the central ~10^{-4}-10^{-3} pc, and ~0.1 yr, which is related to radiation diffusion. (7) Adiabatic models have been run for comparison and their evolution differs profoundly from that of the FLD models, by forming a central geometrically-thick disk. Overall, an adiabatic equation of state is not a good approximation to the advanced stage of direct collapse, mainly because the radiation in the FLD is capable of escaping due to anisotropy in the optical depth and associated gradients.
Probing supermassive stars and massive black hole seeds through gravitational wave inspirals
我们提出了一个新的引力波发射源：原始超大质量恒星内部致密碎片的螺旋辐射。这样的系统被认为是超大质量黑洞（SMBH）形成过程中的一个重要通道，但人们对此知之甚少。一个模型表明，在原子冷却的原始晕中，$0.1$-1 M $_\odot$ /yr的高吸积率可能导致核燃烧SMS的形成。这最终将通过相对论不稳定性发生坍缩，留下巨大的BH残留物。最近的模拟表明，超大质量恒星很少单独形成，而伴星甚至形成的黑洞可能会被捕获/吸积，并由于气体动力学摩擦而螺旋进入SMS核心。在这里，我们探讨了从这样的吸气产生的GW发射，这可能会探测SMS的形成和演化和第一个超大质量黑洞的种子。我们使用一个半解析的气体动力学摩擦模型的吸气在SMS来表征其属性。我们发现这样的来源可能是潜在的观察到即将到来的空间出生的GW探测器在其形成的红移与引力透镜的好处。密切相关的准恒星合并可能会产生更强的信号，尽管从其他高z事件中消除这种事件可能具有挑战性。
Light or heavy supermassive black hole seeds: the role of internal rotation in the fate of supermassive stars
超大质量黑洞是星系演化的关键因素。然而，其起源仍有很大争议。在一个主要的形成场景中，$\sim100$ M $_{\odot}$黑洞是由超大质量恒星（$\gtrsim 10^{4-5}$ M $_{\odot}$）的内核坍塌造成的，该恒星是由原始气体在$z\sim 15$新形成的星系中心快速积累（$\gtrsim 0.1 $ M $_{\odot}$ yr $^{-1}$）而产生的。随后的演化仍然是推测性的：超大质量恒星中剩余的气体可以直接进入新生的黑洞，或者它的一部分可以形成一个中央吸积盘，其光度维持周围的大质量和几乎流体静力学的包络（称为“准星”的系统）。为了解决这一点，我们考虑了旋转对准恒星的影响，因为角动量不可避免地被积累的气体输送到星系核。使用一个模型的内部重新分配的角动量，定性匹配的结果从模拟旋转对流恒星信封，我们表明，准恒星的信封质量大于几个$10^{5}$ M $_{\odot} \times (\rm black~hole~mass/100 M_{\odot})^{0.82}$有高度次开普勒气体运动在其核心，防止气体循环外的黑洞的视界。质量较小的类恒星可能会形成，但在吸积光度解开包层之前，它们只能持续$\lesssim 10^4$年，从而抑制黑洞的生长。我们推测，这可能最终导致一个双黑洞种子人口：（i）大规模（$>10^{4}$ M $_{\odot}$）种子形成…
The formation of supermassive black holes from Population III.1 seeds. IV. Self-regulated seeding from supermassive star ionizing feedback
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）；University of Modena & Reggio Emilia（摩德纳与雷焦艾米利亚大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Memphis（孟菲斯大学）；Center for Astrophysics, Harvard and Smithsonian（哈佛史密松天体物理中心）；Università degli Studi di Trieste（的里雅斯特大学）；INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；INFN, Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）
Supermassive Black Hole Assembly from Heavy Seeds with Dynamical Friction in the BRAHMA Simulations: Implications for JWST, LISA, and the Local Universe
University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Virginia Institute for Theoretical Astronomy, University of Virginia（弗吉尼亚大学理论天体物理研究所）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron institute（西蒙斯基金会平顿计算天体物理中心）；Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP)（波茨坦阿基米德天体物理研究所）；Yale University（耶鲁大学）；Black Hole Initiative, Harvard University（哈佛大学黑洞倡议计划）
Growth of Supermassive Black Hole Seeds in ETG Star-Forming Progenitors: Multiple Merging of Stellar Compact Remnants via Gaseous Dynamical Friction and Gravitational Wave Emission
High-redshift supermassive black hole mergers in simulations with dynamical friction modelling
在不久的将来，像LISA和脉冲星定时阵列这样的项目有望探测到来自超大质量黑洞合并的引力波，现在精确地模拟潜在的合并人口是至关重要的，以最大限度地提高我们可以从这些新数据中学到的东西。在这里，我们描述了预期的高红移（z > 2）黑洞合并使用非常大的体积阿斯特丽德宇宙学模拟，它使用一系列的种子质量探测到低质量的黑洞，并直接纳入动力学摩擦，以便准确地模拟动力学过程，使黑洞的星系中心，在那里的二进制的形成和合并将发生。Astrid中的黑洞群包括低至10 $^{4.5}$ M $_\odot$的黑洞，并且在大于10 $^6$ M $_\odot$（TNG中使用的种子质量）的尺度上与TNG模拟保持广泛一致。通过解析低质量的黑洞，整体合并率比TNG高5倍。然而，将动力学摩擦延迟合并相比，一个重中心计划，减少高z合并率质量匹配合并的一个因素~ 2倍。我们还计算了预期的LISA信噪比值，并表明分布在高SNR（>100）时达到峰值，强调了实施远低于LISA峰值灵敏度（10 $^6$ M $_\odot$）的种子质量以解决大多数LISA GW检测的重要性。
From Dense Gas Clouds to Supermassive Black Hole Seeds: Hybrid Hydro/Direct $N$-body Simulations of Runaway Collision-driven Intermediate-mass Black Hole Formation
Seoul National University（首尔大学）；Northwestern University（西北大学）；Korea Institute of Science and Technology Information（韩国科学技术信息研究所）
A two-phase model of galaxy formation: IV. Seeding and growing supermassive black holes in dark matter halos
Nanjing University（南京大学）；Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics, Nanjing University, Ministry of Education（南京大学现代天文与天体物理教育部重点实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Department of Astronomy, University of Massachusetts, Amherst（美国马萨诸塞大学阿默斯特分校天文学系）
SEEDZ: Rapid Galaxy Assembly as a Pathway to Supermassive Stars, Dense Stellar Environments and Massive Black Hole Seeds
Maynooth University（梅努斯大学）；Center for Astrophysics, Harvard and Smithsonian（哈佛-史密森尼天体物理中心）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University College Cork（科克大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Universität Heidelberg（海德堡大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）
