Formation of SMBH seeds in Pop III star clusters through collisions: The importance of mass loss

Abstract

En este trabajo mostramos la importancia de calcular la pérdida de masa en colisiones estelares, en el contexto de formación de semillas de agujeros negros supermasivos, en cúmulos estelares densos primordiales de Población III. El proceso de creación de la semilla puede ser acentuado por la acreción, como modelos recientes de formacion de semillas de agujeros negros en cúmulos de Población III han mostrado. Esto podría explicar la presencia de agujeros negros supermasivos a alto redshift, z > 6. Sin embargo, en este contexto, la pérdida de masa durante colisiones no ha sido considerado y podría jugar un rol importante en la formación de la semilla. Estudiamos el efecto de la pérdida de masa, debido a colisiones de protoestrellas, en la formación y evolución de un objeto masivo en un cúmulo primordial denso, usando el código AMUSE. Consideramos tanto perdidas de masa constante por colisión como también modelos analíticos basados en la estructura estelar de los componentes de la colisión, en 6 modelos de acreción distintos. En escenarios con pérdida de masa constante por colisión variamos el porcentaje de masa perdida por colisión en cada simulación, y realizamos 5 simulaciones por cada caso y por cada modelo de acreción, y también cuando usamos modelos analíticos. Nuestros cálculos indican que la pérdida de masa puede afectar significativamente la masa final de la posible semilla de agujero negro. Considerando una pérdida de masa constante del 5 % por cada colisión, es posible perder entre 60-80% de la masa total obtenida al no considerar pérdida de masa. Si usamos ahora los modelos analíticos para la pérdida de masa, la masa del objeto central final es reducida entre 15-40%, dependiendo el modelo de acreción que consideremos. En total, obtenemos masas finales del orden de 104M , que sigue siendo suficiente masivo para ser una semilla de agujero negro supermasivo, mostrando que el modelo de colisiones en cúmulos primordiales es exitoso explicando la formación de estos objetos, aún si se considera la pérdida de masa