Massive Black Hole Seeds
本文系统梳理大质量黑洞轻、重种子的形成途径，指出种子质量谱更可能为连续谱，并定量论证重种子虽罕见但其丰度足以解释大部分大质量黑洞种群。
2024-09-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Super-Critical Growth of Massive Black Holes from Stellar-Mass Seeds
我们认为超临界吸积与角动量到恒星质量的黑洞作为一个可能的机制，从光种子生长十亿太阳质量的洞在早期。我们使用的辐射效率低的“薄盘”解决方案-平流，光学厚流，概括了标准的几何薄盘模型-显示如何温和的超爱丁顿间歇性吸积可能会显着缓解问题的组装第一个大质量黑洞时，宇宙年龄小于0.8 Gyr。由于非旋转以及快速旋转的孔周围的薄盘的低辐射效率，在这个制度的质量e-折叠的时间尺度几乎是独立的自旋参数。简要讨论了早期宇宙超临界增长的条件。
2014-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
The SEEDZ Simulations: Methodology and First Results on Massive Black Hole Seeding and Early Galaxy Growth
Maynooth University（梅努斯大学）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理研究所）；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 College Cork（科克大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
SEEDZ模拟研究了宇宙早期巨量黑洞的形成与生长，揭示高红移宇宙中黑洞质量与宿主星系的关系尚未建立，黑洞可从初始重种子质量增长至百万倍太阳质量。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Massive black holes lurking in Milky Way satellites
随着大质量黑洞（MBH）从低质量的种子中成长，人们很自然地认为，在现在的宇宙中也应该存在一批遗留下来的MBH。矮星系经历了一个安静的合并历史，因此，我们预计，在本地宇宙中观察到的矮保留一些“记忆”的原始种子质量分布。因此，附近矮星系中MBH的性质可能提供MBH形成效率的清晰指标。为了研究矮星系中MBH的性质，我们演化了从高红移到今天的银河系晕中不同的MBH种群。我们认为两个合理的MBH形成机制：“大规模的种子”形成通过气体动力学不稳定性和人口III残留的种子模型。“巨大的种子”比PopIII残留物质量更大，但在更罕见的宿主中形成。我们动态地发展与中央系统合并的所有晕，考虑到相互作用如何修改卫星，剥离它们的外部质量层。我们计算不同属性的MBH人口托管在这些卫星。我们发现，在大多数情况下，MBH保留了原始质量，从而提供了一个明确的指示种子的属性是什么。我们推导出z=0时卫星群的黑洞占有率（BHOF）。作为“大质量种子”产生的MBH质量很大，这有利于它们的识别，但它们典型的BHOF总是低于40%，对于观测到的矮星系大小，则会降低到不到40%。相比之下，人口III残留物具有较高的BHOF，但它们的质量自形成以来没有增长太多，抑制了它们的检测。
2010-06-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Wandering Black Holes in Bright Disk Galaxy Halos
我们进行SPH+ N体宇宙学模拟的大质量盘星系，包括黑洞种子的形成和增长的形式主义，并发现，卫星星系含有超大质量黑洞种子往往被剥离，因为它们与主星系合并。这些事件自然地产生了一群“游荡”的黑洞，它们是被剥离的卫星核心的残余物;像银河系这样的星系可能在它们的光环中拥有5 - 15个这样的物体。拥有黑洞种子的卫星可以与本星系群矮星系相媲美，例如小麦哲伦云和大麦云云;这些星系是附近中等质量黑洞的有希望的候选者。假设这些游荡的黑洞保留了来自其宿主矮星系的气态吸积盘，它们对最近发现的一些离核超亮X射线源（如HLX-1）的起源和观测特性给出了物理解释。
2010-12-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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…
2016-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Observational Signatures of Massive Black Hole Progenitor Pathways: Could Leo I a Smoking Gun?
从最大质量的星系团到矮星系，关于大质量黑洞（MBH）人口统计的观测证据越来越多。然而，这些中央MBH形成的祖细胞途径仍不清楚。在这里，我们报告了一个潜在的强大的观测签名MBH形成的矮星系。我们认为，在（化石）矮星系的MBH的质谱连续将是一个沉重的种子形成途径的独特签名。在这种情况下，连续体将由通常的恒星质量黑洞人口组成，通过恒星演化形成，加上尚未下沉到星系中心的较少量的重种子MBH。在母体气体云的初始碎片导致大量种子产生的强烈假设下，这些种子中的很大一部分将作为质量小于中心物体的非核MBH存活到今天。最近发现的MBH在相对较低的中心密度狮子座I星系的动机，我们表明，这样的连续性MBH种子质量应该坚持从最轻的黑洞质量的中央MBH的质量相比，光播种的情况下，没有这样的连续性应该存在。检测到偏离中心的MBH和中心MBH将代表重接种途径的强有力证据。
2022-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Formation of massive seed black holes via collisions and accretion
旨在解释大质量黑洞种子形成的模型，特别是直接坍缩的模型，面临着巨大的困难。这些都植根于相当特设和微调的初始条件，如极低的金属丰度和强辐射背景的同时要求。在这里，我们探讨修改这样的场景，一个巨大的原始星团最初产生。随后的恒星碰撞导致了大质量（10^4 - 10^5太阳质量）天体的形成。我们的计算表明，恒星动力学，气体吸积和原恒星演化之间的相互作用是特别相关的。原恒星上的气体吸积增加了它们的半径，导致碰撞截面增大。我们表明，碰撞的分数可以增加从0.1-1%的初始人口到约10%时，无气体模型或模型的原恒星团在本地宇宙。我们的结论是，非常大质量的物体可以形成，尽管最初的碎片，使第一个大规模的原恒星集群可行的候选人出生的地方观察到的超大质量黑洞。
2018-01-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
The Black Hole Mass Function Across Cosmic Times II. Heavy Seeds and (Super)Massive Black Holes
这是第二个文件在一系列旨在模拟黑洞（BH）的质量函数，从恒星的（超）大质量制度。在目前的工作中，我们专注于（超）大质量黑洞，并提供了一个从头计算的质量函数跨宇宙时间。我们认为两个主要的机制，以增长的中央BH，预计将合作的高红移恒星形成的本地大质量星系的祖先。第一个是气体动力学摩擦过程，它可以导致起源于富含气体的主祖星系中恒星形成的强烈爆发期间的恒星质量BH向核区域迁移，并在短时间尺度$10^7$年的$\lesssim$内积累中心重BH种子$M_\bullet\sim 10^{3-5}\, M_\odot$。第二种机制是标准的爱丁顿型气体盘吸积到重BH种子上，通过这种机制，中心BH可以在宿主的典型恒星形成持续时间$\lesssim 1$ Gyr内变成（超）大质量$M_\bullet\sim 10^{6-10}\, M_\odot$。我们通过再现观测到的红移相关的热辐射AGN光度函数和爱丁顿比分布，以及恒星形成和吸积中心BH的热辐射光度之间的关系来验证我们的半经验方法。然后，我们通过广义连续性方程的方法推导出不同红移下的残留（超）质量BH质量函数，并将其与目前的观测估计进行比较。最后，我们重建的整体BH质量函数从恒星（超）大质量制度，超过十个数量级的BH质量。
2022-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
The formation and evolution of massive black hole seeds in the early Universe
跟踪高红移种子黑洞质量的演化到晚期，我们研究了今天可观察到的签名。这些巨大的初始黑洞种子形成于极高的红移，来自于前星系气体盘的直接坍缩。填充暗物质晕与种子形成这种方式，我们按照质量大会的历史，这些黑洞到目前为止，使用蒙特卡洛合并树的方法。利用这种形式主义，我们预测的黑洞的质量函数在高红移和目前的时间;在宇宙中的黑洞的综合质量密度;吸积黑洞的光度函数作为红移和散射的函数，在观察到的，当地的M-西格玛关系。比较“轻”种子模型的预测与这些大规模的种子，我们发现，显着的差异主要出现在低质量端的现今黑洞质量函数。然而，我们所有的模型都预测，低表面亮度，膨胀少的星系与大光盘是最不可能的网站形成的大规模种子黑洞在高红移。在高红移时，种子形成的效率直接影响z=0时星系中黑洞的占有率。这种效应在低质量星系中更为明显。这是这里研究的模型和人口III残留“轻”种子模型之间的关键区别。我们发现，存在着人口的低质量星系，不主机核黑洞。我们的预测的形状的M-西格玛关系在低质量端和增加散射最近得到证实的观测。
2011-04-25 astro-ph.CO
Growing massive black holes through super-critical accretion of stellar-mass seeds
在$z \sim 6-7$观测到的发光类星体中，大质量黑洞的快速聚集仍然是一个谜。各种直接坍缩模型已经被提出来，从质量为$\sim 10^5\,\rm M_\odot$的初始种子开始黑洞的生长，然后可以达到10亿太阳质量，同时在爱丁顿极限吸积。在这里，我们提出了一个替代方案的基础上，辐射效率低的超临界吸积的恒星质量的孔嵌入在气体环核盘（CND）预计存在于高红移星系的核心。我们的次pc分辨率流体动力学模拟表明，恒星质量的孔内的中央100 pc的CND绑定到非常高密度的气体团，产生的周围气体的碎片。由于有大量的致密冷气体，一个恒星质量的黑洞可以按照“薄盘”解以超爱丁顿速率增长，在几百万年内其质量可以增加3个数量级。这些研究结果支持模拟运行两个不同的水电代码，RAMSES的基础上的自适应网格细化技术和GIZMO的基础上一个新的拉格朗日Godunov型方法，并与类似的，但不相同，子网格食谱恒星形成，超新星反馈，黑洞吸积和反馈。超临界吸积流的低辐射效率有助于我们的黑洞的快速质量增长，因为它们意味着周围核环境的适度辐射加热。
2015-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The properties of primordially-seeded black holes and their hosts in the first billion years: implications for JWST
David A. Dunlap Department of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学戴维·A·邓普尔天文与天体物理系）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge（剑桥大学卡弗里宇宙学研究所）；Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文学系）
该研究通过原初黑洞种子模型解释JWST观测到的早期高质量黑洞和高黑洞-恒星质量比现象，揭示了PBH种子在宇宙早期演化中的关键作用。
2025-11-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Growth of Massive Black Hole Seeds by Migration of Stellar and Primordial Black Holes: Gravitational Waves and Stochastic Background
我们研究了尘埃恒星形成星系中大质量黑洞（BH）种子的形成和生长，依赖并扩展了Boco等人2020提出的框架。具体来说，后者设想恒星致密残余物（中子星和恒星质量的黑洞）通过气体动力学摩擦向星系核区域迁移，随后合并生长一个大质量的中央BH种子。在本文中，我们增加了两个相关的成分：（i）我们包括原始BH，这可能构成一个小部分$f_{\rm pBH}$的暗物质，作为一个额外的组件参与种子的生长;（ii）我们预测的随机引力波背景起源于种子的生长过程中，无论是从恒星致密残留物和原始BH合并。我们发现，后者的事件有助于最中央种子的初始增长在一个时间尺度的$10^6-10^7\,\rm yr$，恒星致密的残余合并和气体吸积接管之前。此外，如果原始黑洞$f_{\rm pBH}$的分数足够大，它们在核星系区合并时发射的引力波可以被未来的干涉仪如爱因斯坦望远镜，DECIGO和LISA探测到。对于伴随的随机引力波背景，我们预测它在宽频带$10^{-6}\lesssim f [{\rm Hz}]\lesssim 10$上延伸，这与孤立致密双星合并产生的典型范围有很大不同。一方面，检测到这样的背景可能是一个吸烟枪，以测试拟议的种子生长机制;另一方面，它构成了一个相关的污染物从天体物理来源的特点和扣除，在具有挑战性的搜索宇宙起源的原始背景。
2021-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. I: An improved chemical model
早期宇宙中大质量种子黑洞形成的直接坍缩模型试图解释在$z \sim 6$观测到的超大质量黑洞的数密度，假设它们是从质量M > 10000太阳质量的种子中生长出来的，这些种子是由原子冷却晕中的无金属气体直接坍缩形成的，其中H2冷却被强的河外辐射场抑制。该模型的可行性取决于抑制H2冷却所需的辐射场的强度，$J_{\rm crit}$：如果这太大，那么形成的种子太少，无法解释观测到的SMBH数密度。为了可靠地确定$J_{\rm crit}$，我们需要能够精确地模拟在极强辐射场照射下气体中H2的形成和破坏。在本文中，我们使用基于反应的还原技术来分析在这些条件下H2的化学性质，使我们能够确定负责确定$J_{\rm crit}$值的关键化学反应。我们构建了一个简化的26个反应的网络，使我们能够准确地确定$J_{\rm crit}$，并将其与文献中以前的治疗方法进行比较。我们发现，以前的研究往往忽略了一个或多个重要的化学反应，这些遗漏引入了高达三个因素的不确定性到以前的测定$J_{\rm crit}$。
2015-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Textures and Global Monopoles as Seeds for Super-Massive Black Holes
我们计算的非线性种子波动的数量密度，有正确的数量密度，能够解释一个超大质量黑洞每个星系的存在，作为红移的函数。我们发现，有一个有趣的范围内的对称性破缺尺度的种子的密度是更大的，在标准的宇宙模型与高斯原始波动的预测。因此，在标准宇宙学模型和观测高红移的超大质量黑洞候选者之间的紧张关系日益加剧的情况下，全局缺陷可能会有所帮助。
2019-08-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Massive Black Holes Seeded by Dark Matter -- Implications for Little Red Dots and Gravitational Wave Signatures
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所）；Theory Division, Fermilab（费米实验室理论部）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学卡弗里天文学与天体物理研究所）
研究高红移超大质量黑洞观测挑战下的标准播种情景，利用耗散性自相互作用暗物质模型及半解析框架预测其群体性质，再现相关天体并给出占空比，其引力波信号可被探测，为探测隐藏领域物理提供途径。
2026-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Conditions for Optimal Growth of Black Hole Seeds
当宇宙的年龄为$\lesssim 1 \, \mathrm{Gyr}$时，重量高达$\sim 10^9 \, \mathrm{M_{\odot}}$的超大质量黑洞在$z \sim 7$的位置。这意味着它们的生长时间紧迫，因为在标准的吸积情景中不容易达到如此高的质量。在这里，我们探讨的物理条件，将导致最佳的增长，其中稳定的超爱丁顿吸积将被允许。我们的分析表明，最佳条件的优势取决于两个关键参数：黑洞质量和宿主星系中心气体密度。在这个参数空间的高效率区域，假设宿主星系具有全球等温分布，一股连续的气流可以从大到小的空间尺度吸积到黑洞上。利用黑洞种子的解析初始质量函数，我们发现初始质量为$\gtrsim 10^4 \, \mathrm{M_{\odot}}$的种子的高效率增长的概率增加。我们的图像表明，在低效率区域形成的大量高$z$低质量黑洞，具有低占空比和吸积率，可能仍然无法检测到类星体，因为我们预测它们的热光度为$\lesssim 10^{41} \, \mathrm{erg \, s^{-1}}$。只有通过引力波探测它们的合并，才能揭示这些源的存在。
2017-11-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Dust Attenuation of Lyman-Werner Feedback: Reassessing Early Super Massive Black Holes Seed Formation
本文通过定制半解析模型引入尘埃屏蔽方案，发现适度尘埃增丰可削弱LW辐射场以保留H₂冷却，拓展了高红移超大质量黑洞重种子的形成范围，改变了不同种子种群的相对重要性。
2025-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Rapidly growing primordial black holes as seeds of the massive high-redshift JWST Galaxies
本文提出质量约1000倍太阳质量的原初黑洞在暗物质晕中经超爱丁顿吸积快速增长，可作为高红移大质量星系的种子，解释JWST观测到的早期星系形成难题。
2024-06-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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。
2021-04-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Feedback Limits to Maximum Seed Masses of Black Holes
在宇宙中观测到的质量最大的黑洞的质量可达$\sim 10^{10} \, \mathrm{M_{\odot}}$，几乎与红移无关。达到这些最终的质量可能需要大量的增生和几个主要的合并。采用动力学的方法，这取决于一个新的，相关的物理尺度-过渡半径所扮演的角色-我们提供了一个理论计算的最大质量可实现的黑洞种子，形成在一个孤立的晕，一个几乎没有合并。在过渡半径和它们对孤立晕中的吸积演化的影响，我们能够获得新的限制允许的增长。我们发现，大的黑洞种子（$M_{\bullet} \gtrsim 10^4 \, \mathrm{M_{\odot}}$）托管在小的孤立晕（$M_h \lesssim 10^9 \, \mathrm{M_{\odot}}$）吸积相对较小的辐射效率（$ε\lesssim 0.1$）在这些情况下生长最佳。此外，我们表明，在$z \sim 0$观察到的标准$M_{\bullet}-σ$关系不能建立在孤立的晕在高$z$，但需要发生合并。由于在$z \gtrsim 10$形成的黑洞的平均极限质量在$10^{4-6} \, \mathrm{M_{\odot}}$的范围内，我们希望在本地星系中观察到它们作为中等质量黑洞，当托管在罕见的晕中时，只经历了轻微的或没有合并事件。这种古老的黑洞，在孤立的情况下形成，随后几乎没有增长，可以存活下来，几乎没有变化，直到现在。
2017-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Diffuse Neutrino Signals from Dark Stars Seeding Super-Massive Black Holes
该研究证明暗星产生的弥散中微子通量可被现有实验观测，能量达数百MeV，为探测超大质量黑洞前身提供新窗口，并利用超级神冈和冰立方数据建立了对暗星及其暗物质湮灭的首个约束。
2025-05-22 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
First Detection of an Over-Massive Black Hole Galaxy UHZ1: Evidence for Heavy Black Hole Seed Formation from Direct Collapse
本文通过分析Chandra-JWST数据，首次在z=10.1星系UHZ1中探测到超大质量黑洞星系（OBG）候选体，为早期宇宙中由气体直接坍缩形成重黑洞种子提供了有力证据。
2023-11-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Light, heavy, primordial: exploring the diversity of black hole seeding and growth mechanisms in the JWST era
University of Toronto（多伦多大学）
本文通过比较DELPHI和PHANES模型，探讨了轻重种子通过并合和吸积增长的机制，发现PBH和Eddington限制的重种子能同时解释观测到的黑洞质量、恒星质量及低金属丰度。
2026-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
The seeds of supermassive black holes and the role of local radiation and metal spreading
我们提出了宇宙流体动力学模拟，包括原子和分子的非平衡化学，多频辐射转移（0.7-100 eV的采样超过150个频率箱）和恒星星族演变来研究的主机候选人的超大质量黑洞的种子来自直接坍缩的气体在原始晕（直接坍缩黑洞，DCBH）。我们一贯地址所发挥的作用，原子和分子冷却，恒星辐射和金属扩散的C，N，O，Ne，Mg，Si，S，Ca，Fe等。从原始来源，以及它们的影响下，不同的假设早期源发射率，初始质量函数和金属产量附近的静止原星系。我们发现，假定的DCBH主机候选人需要强大的原始恒星世代，因为常见的太阳类恒星和热OB型恒星既不能确定直接坍缩的条件，也不能建立一个解离的莱曼-沃纳背景辐射场。热和分子特征的DCBH主机候选人的情况下，非常大质量的原始恒星似乎有利，照明莱曼-沃纳强度具有1-50 J21的值。然而，额外的非线性过程，如合并事件，子结构的形成，旋转运动和光蒸发，应抑制纯DCBH的形成在2/3的情况下。局部湍流可以延迟气体的直接坍缩，几乎与其他环境条件无关。距离小于5千秒差距的大莱曼-维尔纳通量的影响受到金属污染的严重限制。
2019-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Supermassive Seeds for Supermassive Black Holes
最近对由z > 7的超大质量黑洞（SMBH）驱动的类星体的观测限制了初始种子质量和早期宇宙中最大质量黑洞（BH）的生长。在这里，我们阐明了辐射反馈的影响，从早期几代的恒星和BH吸积流行的模型的形成和生长的种子BH。我们表明，通过适当地考虑（1）从早期恒星形成和辐射反馈的宇宙学模拟中推断的合并在生长种子黑洞中的有限作用，（2）在最早的时候预期的黑洞的亚爱丁顿吸积率，（3）根据高红移活动星系核的观测结果推断的最大质量黑洞的大辐射效率（e_rad）（e_rad > 0.1），我们得出结论，最初的BH种子可能有大于10^5 M_Sun的质量。这对粒子群III种子模型提出了强烈的挑战，该模型要求种子质量为~ 100 M_Sun，即使有恒定的爱丁顿限制吸积，也需要e_rad < 0.09来解释今天标准Lambda CDM宇宙学模型中最高z的SMBH。然而，这与SMBH种子形成的直接坍缩方案的预测是一致的，在该方案中，超大质量原始恒星在宇宙中具有高分子离解背景辐射场的区域形成，并直接坍缩成10^4- 10^6 M_Sun种子BH。这些结果证实了最近的宇宙学模拟和观测活动，这些活动表明，这些大质量的黑洞是今天居住在星系中心的大部分SMBH的种子。
2013-05-18 astro-ph.CO
Seeds of supermassive black holes in general relativistic and alternative cosmologies: Implications of massive seeds
Gauhati University（古哈提大学）
研究探讨了在不同宇宙学模型下，大质量种子黑洞如何通过吸积形成超大质量黑洞，并分析了其对暗物质和星系形成的影响。
2026-01-30 astro-ph.CO
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. II: Impact of rate coefficient uncertainties
我们调查的不确定性的化学和冷却速率系数相关的无金属气体影响我们的能力，以确定抑制H2冷却高红移原子冷却晕所需的临界紫外线场强。抑制H2冷却是气体直接坍缩并形成中等质量黑洞的必要前提。然后，这些黑洞可以作为在红移$z \sim 6$处观察到的超大质量黑洞（SMBH）生长的种子。SMBH形成的这个模型的可行性取决于临界紫外线场强度，Jcrit：如果这是太大，那么太少的种子将形成解释所观察到的SMBH的数量密度。我们在本文中，有五个关键的化学反应，其速率系数是不确定的，足以显着影响Jcrit。其中最重要的是通过与其他氢原子碰撞而产生的氢的碰撞电离，因为在与直接坍缩相关的低能量下，该过程的速率受到非常差的约束。在最坏的情况下，这个反应和其他四个反应引入Jcrit的总不确定性可能接近5倍。我们还表明，使用过时的或不适当的值的直接崩溃机制在以前的研究中的一些化学反应的速率可能会显着影响这些研究确定的Jcrit值。
2015-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reconstructing PTA measurements via early seeding of supermassive black holes
Colgate University（科尔盖特大学）；University of Auckland（奥克兰大学）
基于脉冲星计时阵列纳赫兹信号可能由超大质量黑洞双星主导及高红移类星体观测，计算早期种子超大质量黑洞对PTA信号的影响，探讨暗星坍缩等种子形成机制，表明暗星种子SMBH或为主要贡献者并给出设定种子数密度上限的方法。
2026-07-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Predicting the number density of heavy seed massive black holes due to an intense Lyman-Werner field
本研究重新实现莱曼-沃纳通道模型，结合Renaissance模拟，预测高红移大质量黑洞数密度峰值约10^-4 cMpc^-3，发现该通道与JWST观测不兼容，仅能解释少数高红移活动星系核。
2025-07-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Quasistars and the cosmic evolution of massive black holes
我们探讨宇宙演化的大质量黑洞（MBH）的种子内形成的“准恒星”（QS），吸积黑洞嵌入在大规模的流体静力学气体信封。这些结构可能会形成，如果气体进入光环中心超过每年约1个太阳质量。我们使用一个合并树的方法来估计的速率，在该速率下，量子点可能形成的红移的函数，以及由此产生的量子点和种子黑洞人口的统计特性。我们涉及到触发失控的陨石坑主要合并的气体丰富的星系，并为全球引力不稳定性，我们链接到主机的角动量的阈值。这是我们模型的主要参数。一旦触发了坍缩，它的速率由晕势决定;由此产生的QS和种子黑洞的性质取决于这个速率。在量子点时代之后，我们模拟了在合并驱动的吸积场景中MBH在其宿主中的生长。我们比较MBH种子内生长的准恒星的种子模型，来自第一个无金属恒星的残余物，也研究的情况下，MBH形成的两个渠道同时运作。我们发现，QS/MBH形成效率存在一个有限的范围，允许一个重现观测约束。我们的模型匹配的密度z = 6类星体，累计质量密度吸积到MBHs（根据索尔坦的论点），和当前的质量密度MBHs。QSs的质量函数在质量约1 e6太阳质量处达到峰值，我们计算了2-10微米波段JWST的计数。我们发现，JWST可以检测到几个QS每个字段在z ~ 5 - 10。
2010-07-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Probing the Growth of Massive Black Holes with Black Hole-Host Galaxy Spin Correlations
超大质量黑洞（SMBH）通常在其宿主星系的中心发现，但它们的形成仍然是一个悬而未决的问题。根据黑洞质量与宿主星系核球分量速度色散之间的紧密相关性，建立了黑洞-宿主星系共同演化的假设。然而，这样的描述仍然包含许多理论上的不确定性，包括在高红移的BH种子的形成和这些种子的生长通道的困惑。在这项工作中，我们系统地分析了MBH自旋上不同生长通道的签名。我们表明，不同的生长通道可以部分区分与MBH自旋的幅度推断从极端质量比inspirals检测的激光干涉空间天线。此外，我们建议测量MBH自旋方向与其宿主星系自旋方向之间的相关性，这对于低红移星系（$z \le 0.3$）中发生的极端质量比螺旋是可能的。通过包括自旋方向相关性，不同的形成通道将被显著更好地约束。
2020-08-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. III: The influence of X-rays
直接坍缩黑洞（DCBH）模型试图解释早期宇宙中观测到的超大质量黑洞的数量密度，假设它们是从质量为$10^{4}$ - $10^{5} \: {\rm M_{\odot}}$的种子黑洞中生长出来的，这些种子黑洞是由氢原子发射冷却的无金属原星系中的气体准等温坍缩形成的。要使这个模型成立，至少在某些星系中，H $_{2}$的形成必须受到强烈的河外辐射场的抑制。DCBH种子的预测数密度对抑制H $_{2}$形成所需的紫外线（UV）通量的最小值$J_{\rm crit}$高度敏感。在本文中，我们研究了如何改变的值$J_{\rm crit}$，我们改变了一个假设的高红移X射线背景的强度。我们证实了早期的发现，即当X射线通量$J_{\rm X}$较大时，临界紫外线通量与$J_{\rm crit} \propto J_{\rm X}^{1/2}$成比例。我们还仔细探索了X射线建模方式所产生的不确定性的可能来源。我们使用基于反应的还原技术来分析H $_{2}$在X射线照射气体中的化学性质，并确定必须包括在我们的化学模型中的35个化学反应的关键子集，以便准确地预测$J_{\rm crit}$。我们进一步表明，$J_{\rm crit}$是不敏感的二次电离或他$^{+}$重组的细节是如何建模，但强烈依赖于关于柱密度的塌陷气体的假设。
2016-10-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Supermassive Black Hole Seed Formation at High Redshifts: Long-Term Evolution of the Direct Collapse
利用宇宙学自适应网格加密（AMR）程序恩佐（Enzo）放大模拟，研究了高红移下暗物质（DM）晕中坍缩气体的长期演化。这种直接坍缩过程是在高z下快速形成超大质量黑洞（SMBH）种子的主要候选者。为了避免小半径下的Courant条件，我们采用了sink粒子方法，并着重研究了~0.01-10 pc尺度下的演化。塌缩分两个阶段进行，第二次失控发生在中央10 pc内，没有检测到碎片。当坍缩气体需要在最高细化水平下对网格尺寸进行额外细化时，形成下沉颗粒。它们的质量从未超过~10^3 Mo，唯一的例外是中心种子在~ 200万年内急剧增长到~ 2 x 10^6 Mo，这证实了这条通往SMBH的路径的可行性。吸积气体中角动量轴的时间变化导致两个错位盘的形成-一个小的内盘和一个更大的外盘，外盘与内盘倾斜约45 °。这些圆盘的自引力被严重稀释-两个圆盘都位于中心种子的罗氏极限内。虽然内盘是几何薄和弱不对称的，外盘耀斑由于湍流运动的结果，大量流入沿一对穿透细丝。通过细丝流入的几何形状决定了这个圆盘中的主傅立叶模式和次傅立叶模式-这些模式具有非自引力的起源。我们不确认m=1是一个主要的模式，驱动流入的存在下，一个中心的大质量物体。虽然盘的位置取决于选择打破自相似坍缩的尺度，但整体配置似乎是通用的，并且预计将在中心种子变得足够大时形成。
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
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）
利用SEEDZ流体动力学模拟，研究早期星系快速组装如何通过高流入率形成超大质量恒星和重种子黑洞，发现重种子形成于快速增长晕中，且仅需少量超大质量恒星即可解释JWST观测的小红点星系。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Signatures of Massive Black Hole Merger Host Galaxies from Cosmological Simulations I: Unique Galaxy Morphologies in Imaging
Bishop's University（主教大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；McGill University（麦吉尔大学）；University College Cork（科克大学学院）
研究利用宇宙学模拟揭示了大质量黑洞合并宿主星系的形态特征，通过形态统计分析提高识别准确性，为未来引力波探测提供星系形态学依据。
2023-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Halo Mergers Enhance the Growth of Massive Black Hole Seeds
本研究通过模拟四种晕塌缩情景，发现晕合并（特别是飞掠碰撞）能增强中心气体密度，使黑洞种子吸积速率提高，最终质量可达孤立晕情况的2-3倍，对早期超大质量黑洞形成至关重要。
2024-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Numerical resolution effects on simulations of massive black hole seeds
我们已经进行了高分辨率的数值模拟与流体力学AMR代码恩佐调查的形成大规模的种子黑洞在一个样本的六个暗物质晕以上的原子冷却阈值。本研究的目的是说明不同的最大细化水平对最终形成的物体的影响。模拟晕的维里温度范围为$\rm{T} \sim 10000\ \rm{K} - 16000\ \rm{K}$，它们的维里质量范围为$\rm{M} \sim 2 \times 10^7 \rm{M_{\odot}}$至$\rm{M} \sim 7 \times 10^7 \rm{M_{\odot}}$（$z \sim 15$）。我们的六个基准模拟的结果是通用的和强大的。一个旋转支撑的、在引力作用下处于边缘稳定的圆盘形成了一个指数型的轮廓。这个圆盘的质量和尺度长度很大程度上取决于所使用的最大细化级别。通过在1 / 64到256倍的置信水平之间的因子改变最大细化水平，说明了在解释结果时必须注意的事项。较低分辨率的模拟显示初步的证据表明，气体可能会成为旋转支持到20 pc，而最高分辨率的模拟显示，由于较短的动力学时间，模拟运行的旋转支持只有微弱的证据。然而，更高分辨率的模拟确实指出了$\sim 100$ AU量级的小尺度上的碎裂。在最高分辨率的模拟一个中心对象的几倍$10^2\ \rm{M_{\odot}}$形式与多个强约束，金斯不稳定，团块的$\sim 10\ \rm{M_{\odot}}$和半径为10 …
2014-01-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational Recoil and Suppression of Super Massive Black Hole Seeds in the Early Universe
本文通过纳入经数值相对论校准的引力波反冲物理拓展半解析种子模型，研究其对早期宇宙超大质量黑洞增长的影响，发现反冲会降低z=6时SMBH质量并产生游荡黑洞群体，给出了对应的可观测效应。
2025-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
High-redshift formation and evolution of central massive objects II: The census of BH seeds
我们目前的模拟结果，旨在跟踪形成的核星团（NC）和黑洞（BH）的种子，在宇宙学的背景下。我们着重于两种机制形成的BH在高红移：（1）最终产品的第III族恒星在无金属晕，和（2）失控的恒星碰撞在贫金属的NC。我们的模型跟踪化学，辐射和机械反馈的恒星上的重子分量的演变晕。这个过程使我们能够评估何时何地BH形成的条件得到满足，并跟踪BH种子的出现所产生的动力学通道，在宇宙学的背景下。黑洞在z~30处已经开始出现，是星族III恒星的残余。一旦反馈变得越来越重要，这种机制的效率就开始下降。在红移z~15附近，BH主要形成于致密NC内部的轻度金属富集晕的中心。沿着这两条途径形成的种子BH在出生时具有大约100 - 1000 M \odot的质量。BH的占有率是晕质量和质量增长率的函数：在给定的z，更重和更快增长的晕有更高的机会形成原生BH，或通过合并另一个系统获得继承的BH。随着z的减小，发现BH的概率逐渐向更高的质量晕间隔移动。这是因为在后来的宇宙时代，低质量的系统很少形成种子，已经形成的黑洞由于等级合并而沉积到更大的质量系统中。我们的模型预测，在z = 0时，所有10^11 M \odot以上的晕都应该有一个BH（与观测结果一致），很可能是在它们的一生中继承的。质量小于10^9 M \odot的晕有更高的概率容纳天然BH，但它们的占据率降低到10%以下。
2012-01-18 astro-ph.CO
Globular Cluster Seeding by Primordial Black Hole Population
原始黑洞（PBH）在早期宇宙中形成的修正阿弗莱克-戴恩（AD）机制的重子生成应该有内在的对数正态质量分布的PBH。我们表明，调整这个分布的参数，以提供所需的空间密度的大规模种子（$\ge 10^4 M_\odot$）的早期星系形成，而不违反暗物质密度的限制，预测存在的人口的中等质量PBH的数密度为$\sim 1000$ ~Mpc $^{-3}$。我们认为，人口的中等质量的AD PBH也可以种子形成的球状星团的星系。在这种情况下，每个球状星团都应该拥有一个质量为几千个太阳质量的中等质量黑洞，而不应该强制性地沉浸在大质量的暗物质晕中。
2017-04-08 astro-ph.CO
Journey to the M_BH -sigma relation: the fate of low mass black holes in the Universe
本文探讨了黑洞质量和速度色散随红移的经验关联的建立和演化。我们跟踪的增长和吸积历史的大规模黑洞从高红移开始使用两种播种模型：（i）人口III残留物，和（ii）大量的种子直接气体崩溃。虽然种子最初并不满足$M_{\rm BH} - σ$关系，相关性的建立和保持在任何时候，如果自我调节吸积情节与重大合并。$M_{\rm BH} - σ$关系的大质量端较早建立，并且较低质量的MBH随时间迁移。MBH如何向关系迁移，关系的斜率和分散度都取决于播种模型以及所采用的自我调节处方。我们期望通量限制AGN调查和LISA选择吸积和合并MBH分别已经迁移到$\msigma$关系。这是一个结果，主要合并是更常见的在高红移的最大质量，偏见，星系锚定的$\msigma$关系早期。我们还预测存在大量的低质量的“隐藏”MBHs在高红移，可以很容易地逃脱检测。此外，我们发现，如果MBH种子是大规模的，$\sim 10^5 M_{\odot}$，低质量端的$\msigma$的朝向这个渐近值，创建一个特征“羽流”。
2009-08-21 astro-ph.CO
Gravitational Wave Forecasts Constrained by JWST AGN Observations for Early Massive Black Hole Mergers
本文利用JWST对活动星系核的观测约束黑洞质量组装模型，发现仅靠重种子无法同时解释类星体和暗弱AGN，需引入轻种子，并预测轻种子可使高红移主并合率提升数个数量级，为LISA等未来引力波观测提供可探测目标。
2025-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Sowing the seeds of massive black holes in small galaxies: Young clusters as the building blocks of Ultra-Compact-Dwarf Galaxies
相互作用的星系通常有数百个单独质量$\sim 10^{4-6}~M_\odot$的年轻星团组成的复合体，其区域的宽度为几百秒差距。这些星系团复合体动态地相互作用，它们的合并是一些超紧凑矮星系（UCD）起源的候选者。弛豫时间较短的单个星系团可能会在第一颗超新星形成之前，通过失控的恒星碰撞，产生几百个太阳质量的中等质量黑洞。因此，一个星系团复合体可能拥有多个中等质量的黑洞，这些黑洞可能由于合并或双星过程而从它们各自的星系团中被弹射出来，但它们作为一个整体被束缚在星系团复合体中。在这里，我们探讨最初自由飞行的大质量黑洞和集群在不断发展的集群复杂的动力学相互作用。我们发现，在撞击一些星团后，大质量黑洞将被捕获在复合体中心附近形成的超紧凑矮星中。在这个过程中，黑洞通常会通过恒星分裂引发电磁耀斑，也可能是先进的地面探测器LIGO和VIRGO的重要引力辐射源。我们还讨论了这种情况下的其他影响，特别是中央黑洞可能会大大大于预期的超紧凑矮星在其他形成的情况。
2014-02-18 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Forming Super-Massive Black Hole Seeds under the Influence of a Nearby Anisotropic Multi-Frequency Source
附近各向异性辐射源对H $_2$的光解离被认为是创造直接坍缩黑洞可能形成的环境的关键组成部分。采用辐射转移，我们模拟了多频（0.76 eV - 60 eV）辐射对高红移坍缩晕的影响。我们改变了发射辐射的光谱的形状和到发射星系的距离。我们使用黑体光谱与温度的$\rm{T = 10^4\ K}$和$\rm{T = 10^5\ K}$和一个现实的恒星光谱。我们发现，一个最佳的区域之间存在1千秒差距和4千秒差距的发射星系。如果晕离发射星系太近，光电离辐射会产生一个大的HII区域，有效地破坏坍缩的晕，离源太远，辐射通量会下降到预期的背景水平以下，H $_2$分数仍然太高。当发射星系最初被放置在距离坍缩晕1千秒差距到2千秒差距之间，光谱形状与恒星形成的高红移星系一致时，就会形成一个大的中央核心。在大约1000 K的温度下，中心核的质量在5000和10000 $\rm{M_{\odot}}$之间。然而，该核心被约8000 K的较热气体的储层包围，这导致$\sim 0.1$ $\rm{M_{\odot}}$ yr $^{-1}$数量级的质量流入速率。这种环境有可能形成一个巨大的原始恒星，然后导致直接坍缩黑洞的形成。
2016-04-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Massive black holes or stars first: the key is the residual cosmic electron fraction
本文研究了宇宙复合时期结束时的残余电子分数对早期结构形成的影响，发现低于基准值的电子分数会延迟重子坍缩，从而创造有利于形成大质量种子黑洞的条件，为早期超大质量黑洞的形成提供了新途径。
2025-01-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Conditions for direct black hole seed collapse near a radio-loud quasar 1 Gyr after the Big Bang
对z~6的发光类星体及其超大质量黑洞的观测表明，它们形成于宇宙早期的致密物质峰。然而，很少有研究发现类星体位于宇宙密度峰值的确切证据，这与理论预测形成鲜明对比。在这里，我们提出了新的证据，无线电响亮的类星体SDSS J 0836 +0054在z=5.8可能是一个令人惊讶的丰富的星系结构的一部分。这一结论是通过结合文献中先前报道的许多发现得出的：Bosman等人（2020）获得了三个伴星系的红移，证实了Zheng等人（2006）发现的i-dropouts的密度过高。通过将这种结构与其他类星体附近的结构和z~6-7处的大过密区域进行比较，我们发现SDSS J 0836 +0054场是在这些红移处已知的致密结构之一。其中一个光谱伴星是一个非常巨大的恒星形成星系（log M_*/M_sun ~ 10.3），这是根据Spitzer 3.6 μ m图像清晰地探测到的。这表明类星体场拥有的不是一个，而是至少两个罕见的大质量暗物质晕（log M_halo/M_sun > 12），对应的星系密度至少为20。我们讨论了年轻射电源的性质。我们的结论是，SDSS J 0836 +0054的环境类似，至少在定性上，根据最近的理论，可能刺激了大质量黑洞种子直接坍缩的条件类型。
2021-12-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
The mass function of black holes at 1<z<4.5: comparison of models with observations
在本文中，我们比较了凯利等人（2010）提出的斯隆数字巡天（SDSS）中观测得出的1<z<4.5处发光宽线类星体（BLQSO）的黑洞质量函数（BHMF）。，与标准分层结构形成模型背景下合并驱动的黑洞增长模型。在模型中，我们探讨了两个不同的黑洞播种处方在最高的红移：“光种子”-残留的人口III恒星和“大质量的种子”，形成从直接崩溃的前星系盘。在固定吸积率以及从Merloni & Heinz推导的分布中得出的吸积率的假设下，在宇宙时间内追踪随后的合并引发的黑洞群的质量积累。我们的模型快照相比，SDSS派生的BHMF BLQSO。我们的主要发现是，占空比的SMBH供电BLQSO增加增加红移的所有模型和模型与Pop III残留的黑洞种子无法适应观测推导的BHMF BLQSO，贷款的大规模播种模型（删节）的强有力的支持。
2012-02-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
MESA-QUEST: Tracing the formation of direct collapse black hole seeds via quasi-stars
Yale University（耶鲁大学）；Illinois State University（伊利诺伊州立大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
MESA-QUEST通过建模准星体探索直接坍缩黑洞种子的形成机制，发现饱和对流可使黑洞质量占比达0.55M_*，但强辐射风可能抑制其生长。
2026-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The early evolution of massive black holes
大质量的黑洞现在被认为存在于大多数本地星系中。研究还建立了MBH质量和宿主星系的性质之间的一些关系，如膨胀质量和速度色散。这些结果表明，中央MBH的质量虽然比宿主小得多（约0.1%），但与星系结构的演化有关。什么时候开始的？在等级宇宙学中，今天的一个大星系可以追溯到它被分成数百个较小组成部分的阶段。MBH种子在小的原星系中是否以同样的效率形成，或者它们的形成必须等待具有更深势阱的实质性星系的积累？我在这里简要地回顾一些有利于大质量黑洞种群演化的物理过程。我将讨论黑洞形成过程的“种子”黑洞，可能会在早期宇宙时代，和可能的观测测试这些情况。
2009-12-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Bulge-driven Fueling of Seed Black Holes
我们研究了辐射调节吸积到中等质量和大质量黑洞（BH）嵌入在一个凸起组件。利用球对称一维辐射流体动力学模拟，我们跟踪了从温度为10^4 K的冷中性气体库中吸积的黑洞的生长。我们发现包埋在球丘中的黑洞的吸积速率与r_{B,eff} /r_B成正比，其中r_{B,eff}是包含球丘引力势的有效Bondi半径，r_B是黑洞的Bondi半径.当不考虑膨胀时，来自黑洞的辐射反馈将冷吸积速率抑制到邦迪速率的约1%。然而，我们发现，BH燃料添加率迅速增加时，鼓包质量M_bulge大于临界值10^6 M_sun，并与M_bulge成正比。由于临界膨胀质量与BH中心质量M_{BH}无关，因此质量为10^2、10^4和10^6 M太阳的BH的增长率明显依赖于膨胀-BH质量比。我们的结果意味着，可能是Pop III星残余的光种子黑洞（<= 10^2 M_sun），在星系核达到临界质量之前，不能与宿主星系核球的早期组装同时通过吸积而生长。然而，可能通过直接坍缩形成的大质量BH种子（>= 10^5 M_sun）更有可能嵌入超临界核球中，因此可以有效地与宿主星系耦合并驱动M_{BH} - $σ$关系的早期演化。
2015-12-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Population of Massive, Luminous Galaxies Hosting Heavily Dust-Obscured Gamma-Ray Bursts: Implications for the Use of GRBs as Tracers of Cosmic Star Formation
本文对2005-2009年期间雨燕卫星观测到的23个严重尘埃遮蔽的伽马射线暴（GRB）的宿主星系进行了观测和分析，代表了这一时期所有具有明确的A_V>1等主框架消光的GRB。Keck，Gemini，VLT，HST和Spitzer的深度观测成功地检测到了宿主星系，并为所有23个事件建立了光谱或光度红移，使我们能够提供内在宿主恒星形成率，恒星质量和平均折射率的测量。与具有相似红移的未被遮蔽的伽玛暴相比，我们发现被尘埃遮蔽的伽玛暴的质量（平均而言）要大一个数量级，而且恒星形成和尘埃遮蔽的速度也更快。虽然这表明伽玛暴存在于所有类型的恒星形成星系中，包括z~2处质量最大、最明亮的系统，但在红移低于1.5时，总体伽玛暴人口继续显示出对大质量星系的高度显着厌恶，并且相对于纯粹的SFR选择的星系样本，对低质量系统的偏好。这支持了GRB速率强烈依赖于金属丰度的观点，并可能表明宇宙中最大质量的星系在大约9 Gyr前经历了化学性质的转变。基于大质量星系中不存在未遮蔽的伽玛暴和低质量星系中不存在遮蔽的伽玛暴，我们还得出结论，最低质量和最高质量星系的尘埃分布相对均匀，而中等质量星系（~10^9 Msun）具有不同的内部性质。
2013-10-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
Massive black holes in high-redshift Lyman Break Galaxies
一些证据表明，在再电离期（红移$z>6$）的莱曼破缺星系（LBG）可能存在大质量黑洞（MBH）。我们解决这个问题，通过使用合并树模型结合严格的限制，从7女士钱德拉调查，和已知的高$z$超级MBH人口。我们发现，一个典型的LBG与$M_{\rm UV}=-22$驻留在$z=6$的$M_h\approx 10^{12} M_\odot$晕宿主MBH与质量$M_\bullet \approx 2\times 10^8 M_\odot$。根据早期晕中植入直接坍缩黑洞种子的$f_{\rm seed}$的比例，（$M_{\rm seed}=10^5 M_\odot$），该模型提出了两种可能的情况：（a）如果$f_{\rm seed}=1$，MBH在LBG中主要通过合并增长，并且必须以较低的速度增长。（$λ_E\simeq 10^{-3}$）爱丁顿比不超过实验X射线光度上限$L_X^* = 10^{42.5} {\rm erg\, s}^{-1}$ ;（b）如果$f_{\rm seed}=0.05$吸积占主导地位（$λ_E\simeq 0.22$），则LBG中的MBH发射必须被严重遮蔽。在这两种情况下，紫外光度函数在很大程度上是由恒星的发射非常明亮的等，$M_{\rm UV} > -23$，与BH排放发挥次主导作用。情景（a）对DCBH的形成提出了极具挑战性且可能是非物理的要求。情景（b）需要对…
2021-01-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Massive Primordial Black Holes from Hybrid Inflation as Dark Matter and the seeds of Galaxies
在本文中，我们提出了一个新的情况下，大规模的原始黑洞（PBH）产生的大曲率扰动的崩溃过程中产生的一个温和的瀑布阶段的混合通货膨胀。我们确定的暴胀子潜在参数的值导致PBH质谱峰值行星状的群众在物质辐射平等和生产的丰度可比的暗物质今天，而物质功率谱的尺度探测CMB各向异性同意普朗克数据。这些PBH今天可能已经通过合并获得了巨大的恒星质量，并且模型通过了CMB扭曲和微透镜的约束。钱德拉天文台在仙女座中央区域对大量BH候选者的观测支持了这一假设。此外，PBH质量分布的尾部可能是星系中心超大质量黑洞的种子，以及超亮X射线源的原因。我们发现，我们的有效的混合潜力可以起源于例如D-长期通货膨胀与费耶特-伊利奥普洛斯长期的普朗克尺度的顺序，但子普朗克值的暴胀场。最后，我们讨论了量子扩散的潜在的不稳定点的影响，能够产生瑞士奶酪般的宇宙结构，最终导致明显的加速宇宙膨胀。
2015-01-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
