The formation of supermassive black holes by direct collapse would imply the existence of supermassive stars (SMSs) and their collapse through the general-relativistic (GR) instability into massive black hole seeds. However, the final mass of SMSs is weakly constrained by existing models, in spite of the importance this quantity plays in the consistency of the direct collapse scenario. We estimate the final masses of spherical SMSs in the whole parameter space relevant for these objects. We build analytical stellar structures (hylotropes) that mimic existing numerical SMS models accounting for full stellar evolution with rapid accretion. From these hydrostatic structures, we determine ab initio the conditions for GR instability, and compare the results with the predictions of full stellar evolution. We show that hylotropic models predict the onset of GR instability with high precision. The mass of the convective core appears as a decisive quantity. The lower it is, the larger is the total mass required for GR instability. Typical conditions for GR instability are a total mass >10^5 Msun with a core mass >10^4 Msun. If the core mass remains below 10^4 Msun, total masses in excess of 10^6-10^7 Msun can be reached. Our results confirm that spherical SMSs forming in primordial, atomically cooled haloes collapse at masses below 500 000 Msun. On the other hand, accretion rates in excess of 1000 Msun/yr, leading to final stellar masses >10^6 Msun, are required for massive black hole formation in metal-rich gas. Thus, the different channels of direct collapse imply distinct final masses for the progenitor of the black hole seed.
Maximally accreting supermassive stars: a fundamental limit imposed by hydrostatic equilibrium
富含气体的星系的大合并提供了通过直接坍缩形成超大质量黑洞（SMBHs; $\gtrsim10^5$ M $_\odot$）的有利条件，因为它们可以在亚秒差距尺度上触发高达$10^4-10^5$ M $_\odot$ yr $^{-1}$的质量流入。然而，在这种情况下，SMBH形成的通道，无论是暗坍缩（直接坍缩没有事先恒星阶段）或超大质量恒星（SMS; $\gtrsim10^4$ M $_\odot$），仍然未知。在这里，我们调查吸积率的限制，恒星可以保持流体静力平衡。我们计算流体静力学模型的SMSs吸积在$1-1000$ M $_\odot$ yr $^{-1}$，并估计偏离平衡的后验考虑到有限的声速。我们发现吸积超过原子冷却极限（$\gtrsim10$ M $_\odot$ yr $^{-1}$）的恒星只有在超大质量时才能维持流体静力平衡。在这种情况下，它们以一种向液性结构演化，也就是说，熵是局部守恒的，并且与质量坐标的平方根成比例。我们的结果意味着恒星只有在原子冷却晕的速率下（$\sim0.1-10$ M $_\odot$ yr $^{-1}$）通过吸积才能变成超大质量。一旦它们是超大质量的，更大的速率是可能的。
质量为$>10^5$ M $_\odot$的超大质量恒星（SMS）被认为是在红移$z>6-7$观测到的最极端的超大质量黑洞的可能祖先。在这种情况下（“直接碰撞”），SMS以速率$>0.1$ M $_\odot$ yr $^{-1}$吸积，直到它通过广义相对论（GR）不稳定性坍缩成黑洞。旋转在这种超大质量黑洞种子的形成中起着至关重要的作用。在这种恒星形成的极端情况下，离心屏障显得特别强大。此外，旋转敏感地影响SMSs对GR的稳定性，以及随后的崩溃。特别是，它可能允许黑洞形成时的引力波发射和超长伽马射线暴，这是目前文献中提出的此类物体存在的主要观测特征。在这里，我提出了最新的模型的SMSs帐户吸积和旋转，并讨论了一些开放的问题和未来的前景，在这条研究线。
在$z \sim$ 15 - 20形成的超大质量恒星是第一类类星体起源的主要竞争者之一，其中超过200个现在已经在$z >$ 6发现。这些恒星可能形成于原始的、原子冷却的晕，沉浸在强烈的莱曼-维尔纳紫外线背景中，或者在高度超音速的重子流中。原子冷却引发了灾难性的重子坍缩，能够以高达$\sim$ 1 M $_{\odot}$/年$^{-1}$的速度形成恒星。在这里，我们研究超大质量恒星的演化与更大和更精细的网格吸积率比以前的研究与\texttt{MESA}恒星演化代码。我们发现，它们的最终质量范围从3.5 $\times$ 10 PDMATHAMT M $_{\odot}$ - 3.7 $\times$ 10 $^5$ M $_{\odot}$在0.001 M $_{\odot}$ yr $^{-1}$ - 1 M $_{\odot}$ yr $^{-1}$，分别。我们还发现超大质量恒星的演化在吸积速率为0.01 M $_{\odot}$ yr $^{-1}$ - 0.02 M $_{\odot}$ yr $^{-1}$时发散，超过这个吸积速率，它们沿着Hayashi轨道演化为冷的红超巨星，并在中心氢燃烧过程中通过广义相对论不稳定性坍缩，在这一点以下，它们演化为炽热的蓝超巨星，并在退出主序后的核燃烧寿命结束时坍缩。
On the maximum accretion rate of supermassive stars
在高红移观测到的最大质量的类星体的形成需要极端的气体流入，其长度达到中心致密天体的尺度。在这里，我们估计引力允许的最大流入速率下降到超大质量恒星的表面，这些超大质量黑洞的可能的祖先。我们使用的连续性方程和自由落体的假设，推导出最大允许流入率为各种密度剖面。我们应用我们的方法快速吸积超大质量恒星的质量-半径关系，以估计这些物体形成过程中允许的吸积率的上限。我们发现最大允许速率$\dot M_{\rm max}$由吸积体的紧性唯一给出。对于快速吸积的超大质量恒星的致密性，$\dot M_{\rm max}$与恒星质量$M$的关系是幂律的$\dot M_{\rm max}\propto M^{3/4}$。一旦$M\gtrsim1$ M $_\odot$，就允许原子冷却晕的速率（0.1 - 10 M $_\odot$ yr $^{-1}$）。一旦吸积体达到超大质量（$M\gtrsim10^4$ M $_\odot$），星系合并中预期的最大速率（$10^4-10^5$ M $_\odot$ yr $^{-1}$）就可以达到。这些结果表明，超大质量恒星在通过广义相对论不稳定性坍缩之前可以吸积到质量为$>10^6$ M $_\odot$。在这样的质量下，坍缩预计会导致直接形成超大质量黑洞，甚至在富含金属的气体中，导致黑洞种子比传统的原子冷却晕直接坍缩模型要重得多。
对耀变体OJ 287的光变曲线进行了一个多世纪的光学光度学观测，揭示了具有大约12年准周期的强烈耀斑。很长一段时间以来，这一时期一直被解释为双黑洞系统中的过程。我们提出了另一种解释，这是基于多普勒因子周期性变化的喷射螺旋度所造成的发射区域。利用在MOJAVE（Monitoring Of Jets in Active Galactic Nuclears with VLBA Experiments）计划框架内进行的多历元甚大基线干涉测量（VLBI）观测和其他VLBA（Very Long Baseline Array）存档实验，在15 GHz的观测频率下，我们推导出了喷流螺旋的几何参数。为了使VLBI观测数据与测光光学观测数据相一致，喷流分量与径向方向成小角度的运动是必要的。观察到这种非径向运动，并与射流的螺旋形状，可以很自然地解释的发展的开尔文-亥姆霍兹不稳定性的秒差距尺度流出。在这种情况下，OJ 287喷流的真正进动可能表现在12年光学耀斑的峰值通量值之间的差异上。本文还讨论了单个超大质量黑洞的Lense-Thirring效应产生这种进动的可能性。
Superradiant evolution of the shadow and photon ring of Sgr A$^\star$
超轻玻色子可以通过超辐射不稳定性影响自旋黑洞（BH）的动力学，从而导致超大质量BH阴影的时间演化。我们研究的前景见证超辐射诱导BH阴影的演变，考虑超轻矢量和张量场。我们引入了两个观测敏感的阴影时间演化：阴影漂移，并在与光子环自相关的方位角的变化。这两个观测量是高度互补的，这取决于观察者的倾角。专注于超大质量物体Sgr A $^\star$，我们表明，这两个观测值可以在几年的时间尺度上明显变化，在超辐射不稳定的存在下，导致签名，这是在现实的观测时间内的事件视界望远镜的范围内（但受益显着延长观测期），并铺平了道路，探测超轻玻色子在$\sim 10^{-17}\,{\rm eV}$质量范围。
Pulsational mass loss from supermassive stars creates the compact shells of Little Red Dots
Center for Astrophysics, Harvard and Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）；Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文系）；Department of Astronomy, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校天文系）；Cosmic Frontier Center, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校宇宙前沿中心）；Instituto de Alta Investigación, Universidad de Tarapacá（塔拉帕卡大学高级研究所）
Relativistic Effects on Circumbinary Orbit Stability
Instituto de Astrofísica de La Plata, CCT La Plata-CONICET-UNLP（拉普拉塔天体物理研究所）；Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de La Plata, UNLP（拉普拉塔大学天文与地球物理学院）；Nevada Center for Astrophysics, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校天体物理中心）；Department of Physics and Astronomy, University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校物理与天文学系）
The effect of pressure confinement on the maximum mass of rapidly accreting supermassive stars
Niels Bohr International Academy, The Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔国际学院，尼尔斯·玻尔研究所）；Center of Gravity, Niels Bohr Institute（引力中心，尼尔斯·玻尔研究所）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学与技术研究所）
Signatures of Exploding Supermassive PopIII Stars at High Redshift in JWST, EUCLID and Roman Space Telescope
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；Center for Gravitational Physics and Quantum Information, Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理中心引力物理与量子信息研究中心）；Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University（东北大学前沿交叉科学研究所）；Astronomical Institute, Graduate School of Science, Tohoku University（东北大学理学研究科天文学系）
Direct collapse of exceptionally heavy black holes in the merger-driven scenario
我们重新审视了在红移$z\sim 10$的气体丰富，金属丰富的星系合并形成的超大质量盘（SMD）的条件。我们发现SMD自然形成流体静力学核心，经过快速吸积超大质量恒星阶段，然后通过广义相对论不稳定性直接坍缩成大质量黑洞。核心的增长和崩溃发生在$\sim 5\times 10^5$年从SMD的形成，产生明亮的电磁，中微子和引力波瞬变，典型的持续时间为几分钟，并分别在地球上的$\sim 10^{-8}$ erg s $^{-1}$ cm $^{-2}$和$\sim4\times 10^{-21}$的典型通量和典型的应变幅度。我们提供了一个简单的拟合公式，由此产生的黑洞的质量，范围从几个$10^6$ M $_{\odot}$到$10^8$ M $_{\odot}$取决于初始SMD配置。至关重要的是，我们的分析不需要对气体的热性质进行任何特定的假设，也不需要对SMD内的角动量损失机制进行任何特定的假设。基于这些发现，我们认为，合并驱动的场景提供了一个强大的路径快速形成超大质量黑洞在$z > 6$。它提供了一个解释的起源，最明亮和最古老的类星体，而不需要一个持续的增长阶段，从一个小得多的种子。它的确凿证据可以通过多信使观测直接进行测试。
