The Growth of Supermassive Black Holes Across Cosmic Time
K. Nandra, J. A. Aird, D. M. Alexander, D. R. Ballantyne, X. Barcons, F. E. Bauer, T. Boller, W. N. Brandt, M. Brusa, A. Cattaneo, G. Chartas, A. L. Coil, A. Co… 展开作者
K. Nandra, J. A. Aird, D. M. Alexander, D. R. Ballantyne, X. Barcons, F. E. Bauer, T. Boller, W. N. Brandt, M. Brusa, A. Cattaneo, G. Chartas, A. L. Coil, A. Comastri, D. J. Croton, R. Della Ceca, M. Dickinson, A. C. Fabian, G. G. Fazio, F. Fiore, K. A. Flanagan, W. R. Forman, N. Gehrels, A. Georgakakis, I. Georgantopoulos, R. Gilli, G. Hasinger, P. F. Hopkins, A. E. Hornschemeier, R. J. Ivison, G. Kauffmann, A. R. King, A. M. Koekemoer, D. C. Koo, H. Kunieda, E. S. Laird, N. A. Levenson, Y. Li, P. Madau, T. Ohashi, K. A. Pounds, J. R. Primack, P. Ranalli, G. R. Ricker, E. M. Rossi, O. Shemmer, R. S. Somerville, D. Stern, M. Stiavelli, H. Tananbaum, Y. Terashima, E. Treister, Y. Ueda, C. Vignali, M. Volonteri, M. G. Watson, N. E. White, S. D. M. White
One of the main themes in extragalactic astronomy for the next decade will be the evolution of galaxies over cosmic time. Many future observatories, including JWST, ALMA, GMT, TMT and E-ELT will intensively observe starlight over a broad redshift range, out to the dawn of the modern Universe when the first galaxies formed. It has, however, become clear that the properties and evolution of galaxies are intimately linked to the growth of their central black holes. Understanding the formation of galaxies, and their subsequent evolution, will therefore be incomplete without similarly intensive observations of the accretion light from supermassive black holes (SMBH) in galactic nuclei. To make further progress, we need to chart the formation of typical SMBH at z>6, and their subsequent growth over cosmic time, which is most effectively achieved with X-ray observations. Recent technological developments in X-ray optics and instrumentation now bring this within our grasp, enabling capabilities fully matched to those expected from flagship observatories at longer wavelengths.
Supermassive Dark Stars and their remnants as a possible solution to three recent cosmic dawn puzzles
Colgate University（科尔盖特大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Space Telescope Science Institute (STScI)（太空望远镜科学研究所）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of Texas（德克萨斯大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA)（北欧理论物理研究所）
New observational Constraints on the Growth of the First Supermassive Black Holes
我们限制总吸积质量密度在z>6的超大质量黑洞，推断通过从光度选择的星系候选者的样本的集成X射线发射的上限。研究从最深的哈勃太空望远镜图像中获得的星系，结合钱德拉深场南的钱德拉4兆秒观测，我们获得了早期宇宙中总黑洞生长的最严格限制。我们估计在z~6处的吸积质量密度<1000 Mo Mpc^-3，明显低于先前根据早期黑洞增长的一些现有模型和早期观测所作的预测。这些结果对早期黑洞的增长和通过吸积的质量聚集提出了有趣的限制，并暗示了以下一个或多个问题：（1）在这个时期，只有一小部分明亮的星系含有活跃的黑洞;（2）早期大多数黑洞的增长发生在尘埃和/或质量较小的--尚未被探测到的--宿主星系中;（3）在星系样本中有相当大比例的低z闯入者;（4）早期黑洞的增长是辐射效率低的，严重模糊和/或由于黑洞合并而不是吸积;或（5）大部分黑洞增长发生在晚期。所有这些可能性对我们理解高红移种子形成模型具有重要意义。
Cosmic backgrounds due to the formation of the first generation of supermassive black holes
黑洞及其质量的统计数据强烈地表明，它们的质量分布在$3 \times 10^{6}$ M $_{\odot}$附近有一个截止点，朝向较低的质量。这与宇宙中第一颗大质量恒星凝聚的经典形成机制一致。然而，当恒星的质量接近$10^{6}$ M $_{\odot}$时，恒星变得不稳定并坍缩，可能形成第一代宇宙学黑洞。在这里，我们推测，声称检测到的各向同性无线电背景可能构成这些第一个超大质量黑洞形成的证据，因为它们的数据在光谱和强度上与来自残余物的同步辐射兼容。提出的模型满足所有观测条件的背景，在单源强度，源的数量，远红外和伽马射线发射。观测到的高能中微子流在流率和谱上与我们的计算是一致的。本文所描述的建议也可以解释早期的大质量无膨胀盘星系的形成和增长，来自于大质量，气体壳形成在爆炸形成之前的超大质量黑洞。
Revealing the Origin and Cosmic Evolution of Supermassive Black Holes
下一代电磁波和引力波天文台将为第一批超大质量黑洞的诞生打开前所未有的窗口。这有可能揭示它们在前十亿年的起源和成长，以及它们在本地宇宙中形成历史的特征。考虑到这一点，我们概述了三个关键的重点领域，将塑造研究在未来十年及以后：（1）什么是“种子”的第一类星体;如何达到10亿太阳质量之前，z $\sim7$？(2)黑洞的成长如何随宇宙时间而改变，黑洞的早期成长如何塑造它们的宿主星系？我们能从今天的中等质量黑洞和矮星系中学到什么？(3)我们能否在广义相对论的背景下解开黑洞吸积的物理学，理解流入和流出（喷流和风）？使用这些见解在恒星和超大质量黑洞之间进行缩放是否有效，即，黑洞吸积真尺度不变吗？在下文中，我们确定了加拿大天文学界在解决这些问题方面发挥主导作用的机会，特别是通过利用我们在事件视界望远镜、{ \it James Webb太空望远镜}（JWST）、欧几里得、莫纳克亚光谱探测器（MSE）、30米望远镜（TMT）、平方公里阵列（SKA）、用于光学和紫外线研究的宇宙学高级巡天望远镜（CASTOR）等。我们还讨论了与未来天基引力波（LISA）和X射线（例如，雅典娜，山猫）天文台，以及与恒星和星系演化社区合作的必要性，以建立一个完整的图片的诞生超大质量黑洞，他们的成长和他们的影响，在宇宙的历史。
Gas Accretion versus BH Merger driven Growth Modes of Supermassive Black Holes and Implications for the Little Red Dots
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) - Osservatorio Astronomico di Trieste (OATs)（意大利国家天体物理研究所（INAF）- 的里雅斯特天文台（OATs））；Centro de Ciências Naturais e Humanas - Universidade Federal do ABC（自然与人类科学中心 - 圣保罗联邦ABC大学）；Núcleo de Astrofísica - Universidade Cidade de São Paulo（天体物理学核心 - 圣保罗城市大学）
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
Feeding compact bulges and supermassive black holes with low angular-momentum cosmic gas at high redshift
我们使用宇宙流体动力学模拟表明，一个显着的一部分气体在高红移罕见的大质量晕几乎径向下降到他们的中心在极短的时间尺度。这一过程导致了非常致密的膨胀的形成，其特定的角动量是5-30 $smaller than the average angular momentum of the baryons in the whole halo. Such low angular momentum originates both from segregation and effective cancellation when the gas flows to the centre of the halo along well defined cold filamentary streams. These filaments penetrate deep inside the halo and connect to the bulge from multiple rapidly changing directions. Structures falling in along the filaments (satellite galaxies) or formed by gravitational instabilities triggered by the inflow (star clusters)…
Nanohertz Gravitational-Wave Constraints on Supermassive Binary Black Holes at Cosmic Dawn
Beijing Normal University（北京师范大学）；Curtin University（科廷大学）；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））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Monash University（蒙纳士大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）
Cosmological simulations of the growth of supermassive black holes and feedback from active galactic nuclei: method and tests
提出了一种在宇宙学模拟中跟踪超大质量黑洞生长和活动星系核反馈的方法。我们的模型是Springel et al.（2005）模型的一个重大修改版本。由于宇宙学模拟缺乏分辨率和物理模型的多相星际介质，他们往往大大低估了邦迪-霍伊尔吸积率。因此，为了使低质量的BH生长，有必要通过大的特设因子来增加稠密气体中的预测的Bondi-Hoyle速率。我们探讨的物理制度，使用这些因素是合理的，并通过这引入一个新的处方气体吸积。活动星系核的反馈是通过将吸积气体的静止质量能量的一部分热耦合到周围介质中来模拟的。我们描述的实施以及模型的局限性，并激励所有的变化相对于以前的工作。我们调查的鲁棒性的预测宇宙恒星形成的历史，红移零宇宙BH密度，BH标度关系，和星系特定的恒星形成率。我们发现，需要增加预测的吸积率，在文献中的标准程序，是最重要的不确定性来源的自由。我们的模拟表明，超大质量黑洞能够调节其增长，释放一个固定的能量为一个给定的晕质量，独立于假设的AGN反馈的效率，这套标准化的BH标度关系。无论BH种子最初是放置在BH缩放关系的上方还是下方，它们都生长到相同的关系上。AGN反馈有效地抑制了大质量星系中的恒星形成。
Self-regulated growth of supermassive black holes by a dual jet/heating AGN feedback mechanism: methods, tests and implications for cosmological simulations
