Exploring the formation of supermassive black holes in protostar clusters, incorporating a hydrodynamic treatment

Abstract

Los agujeros negros supermasivos tienen un origen enigmático y los modelos que pretenden explicar su formación, en particular el escenario de colapso directo, enfrentan problemas sustanciales. Estos se basan en los requisitos simultáneos de metalicidades extremadamente bajas y fuertes fondos de radiación. Aquí, exploramos un modelo alternativo de formación de semillas de agujeros negros supermasivos a través de la creación de un cúmulo de estrellas inicial en una nube de gas primordial donde las colisiones estelares dan lugar a la formación de objetos masivos. Nos enfocamos principalmente en incorporar una descripción hidrodinámica físicamente motivadora del gas dentro de la interface AMUSE. Nuestros cálculos muestran que la interacción entre la dinámica estelar y la dinámica del gas es particularmente importante, ya que impacta en la estabilidad del sistema y por lo tanto en la acumulación de gas. Concluimos que es posible formar un objeto masivo mediante acreción y colisiones.

Supermassive black holes have an enigmatic origin and models that aim to explain their formation, in particular the direct collapse scenario, face substantial problems. These are based on the simultaneous requirements of extremely low metallicities and strong radiation backgrounds. Here, we explore an alternative model of supermassive black hole seed formation through the creation of an initial star cluster in a primordial gas cloud where stellar collisions give rise to the formation of massive objects. We focus primarily on incorporating a physically motivating hydrodinamical description of the gas within the AMUSE framework. Our calculations show that the interaction between stellar dynamics and gas dynamics is particularly important, as it impacts the stability of the system and therefore the accumulation of gas. We conclude that it is possible to form a massive object through accretion and collisions.