Examining subgrid models of supermassive black holes in cosmological simulation
超大质量黑洞在星系和星系团演化中扮演着重要的角色，但目前只能通过亚网格技术对它们进行大尺度宇宙学模拟。然而，这些次网格模型还没有被系统地研究。利用一种新开发的快速并行球形高密度晕探测器，在FLASH中进行了一系列仅含暗物质的宇宙学模拟，研究了次网格模型选择对SMBH质量与暗物质晕质量和速度色散关系的影响.我们研究三个方面的SMBH次网格模型：初始黑洞种子质量的选择，合并两个黑洞的测试，和应用的频率的次网格模型。我们还研究了合并可以发挥的作用，在确定的关系，忽略SMBH驱动的吸积和反馈的复杂影响。我们发现亚格子模型的选择会显著影响黑洞合并速率、宇宙SMBH质量密度以及低红移与晕性质的关系。我们还发现，这是可能的，重现观测的低红移关系没有吸积和反馈，这取决于选择的次网格模型。
2010-10-07 astro-ph.CO
Evolution of Supermassive Black Holes from Cosmological Simulations
通过宇宙学模拟研究了超大质量黑洞的质量与宿主星系性质之间的关系。黑洞是由100个太阳质量的种子插入红移范围12-15的密度峰值中生长而成的。种子的生长基本上是通过从核盘中吸积物质，也通过合并事件产生的聚结。在z=0时，我们的模拟再现了黑洞质量函数和黑洞质量与恒星速度色散和宿主暗晕质量的相关性。此外，模拟得到的黑洞质量密度的演化与类星体的热光度函数的演化一致，表明模拟结果充分再现了类星体的平均吸积历史.然而，我们的模拟无法在$z\sim 6$形成质量超过$10^9 M_{\odot}$的黑洞，其存在是从斯隆巡天在这个红移范围内探测到的明亮类星体中推断出来的。
2009-12-11 astro-ph.CO
Modelling the Growth of Supermassive Black Holes in Cosmological Simulations
有强有力的证据表明，超大质量黑洞存在于所有包含恒星球体的星系中，它们的质量与恒星的质量和速度色散等性质密切相关。也有强有力的理论论据表明，来自超大质量黑洞的反馈在塑造星系质量函数的高质量端中起着重要作用，因此为了准确地模拟星系，我们还需要模拟黑洞。我们提出了一个比较的两个黑洞增长模型内实现的大规模，宇宙学SPH模拟，包括恒星形成和反馈。一个模型是一个修改后的邦迪-霍伊尔处方，增长黑洞的基础上，当地的气体的光滑密度，而另一个是最近提出的吸积盘粒子（ADP）的方法。这个模型吞下在黑洞的吸积半径内通过的重子粒子，并将它们添加到次网格吸积盘中。黑洞就是由这个圆盘上的物质产生的。我们发现，这两个模型可以重现本地的标度关系，虽然ADP模型是从观察到的关系在高黑洞质量偏移。两种模型的总黑洞质量密度相差不超过三倍，但都很难再现黑洞质量函数。模拟的质量函数过于陡峭，低估了中等质量和高质量黑洞的数量。此外，ADP模型在大尺度宇宙学模拟的分辨率下吞下了过量的物质，产生了不切实际的大吸积盘。未来的工作需要进行，以改善模拟中的黑洞质量函数。这应该通过大规模增长和反馈来完成，因为它们是紧密耦合的，不应该被视为单独的实体。
2013-06-18 astro-ph.CO
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
Cosmological growth and feedback from supermassive black holes
我们开发了一个简单的进化方案的增长超大质量黑洞（BH），假设增长由于吸积只，了解BH质量函数从$z=3$到0的演变，并从它计算不同模式的反馈的能量预算。我们调整模型的参数匹配导出的X射线光度函数（XLF）与观测到的活动星系核的XLF。然后，我们计算量的共动动力学和测热反馈的红移的函数，推导出动力学光度函数和估计量的动力学反馈和$PdV$工作所做的经典双Fanaroff-Riley II（FR II）射电源。我们还从我们的合成人口和喷气占空比的约束条件，FR II的无线电光度函数。大约1/6的喷流功率从FR II源进入$PdV$工作在扩大的叶在时间的喷流是on. Anti层次的增长BH被认为是在我们的模型中，由于增加了大量的质量被吸积到所有BH独立的BH质量。活动星系在低吸积、动力学有效模式下对总动力学反馈的贡献在$z<1.5$最为显著。FR II反馈被认为是一个重要的模式的反馈以上的红移$z\sim 1.5$，这还没有突出的以前的研究。
2013-05-01 astro-ph.CO
X-ray constraints on the local supermassive black hole occupation fraction
不同的种子形成机制是印在部分矮星系目前包含一个中央超大质量黑洞。通过Pop III残留物播种，预计将产生比直接气体塌陷前体更高的占用率。钱德拉对附近早型星系的观测可以直接探测到甚至是低水平的超大质量黑洞活动，而活动部分立即提供了一个确定的占领部分的下限。在这里，我们使用的体积有限的AMUSE调查的~200光学选择的早期类型的星系的特征，同时，第一次，占用分数和缩放的核X射线光度与恒星质量，占内在散射，测量不确定性，和X射线限制。对于log（M_star/M_sun）<10的早型星系，我们得到了占据率的下限>20%（95%置信度），但不能排除完全占据。log（L_X）对log（M_star）的优选依赖性具有约0.7-0.8的斜率，与先前从AMUSE数据集识别的“缩小”趋势一致，并且在约2 σ处不赞成均匀的爱丁顿效率。我们提供了未来的精度，这些参数可能会与更大或更敏感的样品进行细化的指导方针。
2014-10-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Formation and Coalescence of Cosmological Supermassive Black Hole Binaries in Supermassive Star Collapse
我们研究可能在早期宇宙中形成的快速旋转的超大质量恒星的坍缩。通过使用三维广义相对论流体动力学和完全动态时空演化自洽地模拟坍缩开始的动力学过程，我们证明了祖先中的种子扰动可以导致两个高自旋超大质量黑洞系统的形成，在强烈的引力辐射的辐射下，它们螺旋式地旋转并合并，10与DECIGO或大爆炸观测引力波天文台，假设超大质量恒星的质量范围在10^4-10^6 Msol。残余物以无量纲自旋a^*=0.9快速旋转。周围的吸积盘包含约10%的初始质量。
2013-09-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Constraints on cosmological coupling from the accretion history of supermassive black holes
本研究通过对比局地超大质量黑洞质量密度与高红移AGN吸积总质量，约束宇宙学耦合常数k的范围，发现当前质量密度估计大概率排除k=3，但若引力波背景来自黑洞并合则k>2仍可能成立。
2023-12-19 astro-ph.CO
Where the Wild Things Are: Observational Constraints on Black Holes' Growth
成长中的超大质量黑洞（AGN）与宿主星系之间的物理和演化关系是目前研究活动的热点。然而，对这种关系的深入理论理解受到活动星系核-星系系统组合的独特多尺度性质的阻碍，这违背了任何纯粹的数值或半解析方法。不同尺度上活跃的各种物理过程在电磁波谱的不同部分具有特征;因此，不同波长的观测和理论思想都应该有助于对活动星系核现象的“大动态范围”看法。作为一个例子，我将集中在这次审查的两个主要最近的观测结果的宇宙演化的超大质量黑洞，侧重于新的贡献，该领域的COSMOS调查。首先，我将讨论的证据，所谓的“缩小”的活动星系核人口来自大型X射线调查。然后，我将提出新的约束条件的演变的黑洞星系的标度关系，在1<z<2推导出利用全多波长覆盖的调查的一个完整的样本~90 1型活动星系核。
2009-09-11 astro-ph.CO
Self-regulated growth of supermassive black holes by a dual jet/heating AGN feedback mechanism: methods, tests and implications for cosmological simulations
在流体动力学宇宙学模拟中，我们发展了一个新的亚网格模型来研究超大质量黑洞及其活动星系核的生长。假设黑洞是在星系形成的早期阶段形成的，它们通过气体的合并和吸积以爱丁顿限制的邦迪吸积速率生长。然而，这种增长是由活动星系核的反馈，我们使用两种不同的模式模型：类星体加热模式时，吸积率到BH的爱丁顿率相媲美，和无线电射流模式在较低的吸积率。换句话说，我们的反馈模型存款的能量作为一系列的热爆发和喷流取决于周围的气体性质的BH。我们通过比较我们的结果与观测测量的黑洞及其宿主星系的性质的共同进化，并检查其数值分辨率的鲁棒性，这样一个模型的可扩展性进行评估。我们表明，活动星系核反馈必须是一个重要的物理成分的大规模星系的形成，因为它似乎是唯一的物理机制，能够有效地防止积累和/或驱逐冷气体晕/星系和显着抑制恒星形成。我们的模型预测，黑洞和它们的宿主星系质量之间的关系演变为红移的函数，因为在早期宇宙中的冷物质的强烈吸积，驱动爱丁顿有限的吸积到黑洞。类星体活动在高红移时也会增强。然而，随着结构的质量增长，并通过恒星形成和有效的BH反馈喷射失去冷物质，低红移宇宙中的活动星系核活动越来越多地由射电模式主导，它为穿过热环银河系介质的喷流提供动力。
2011-12-23 astro-ph.CO
Modelling radio luminosity functions of radio-loud AGN by the cosmological evolution of supermassive black holes
利用超大质量黑洞（SMBH）的宇宙学演化，建立了GHz频段射电噪活动星系核（AGN）光度函数的模型。SMBHs的质量函数和爱丁顿比分布已被视为本分析的出发点。我们的方法是基于物理和现象学的关系，允许统计计算活动星系核核心的射电光度，校正光束效应，通过连接它与SMBH在其中心，通过基本平面的黑洞活动。此外，还通过幂律关系计算了扩展喷流和叶的射电光度，该关系反映了内部射电核心和扩展喷流/叶之间的预期相关性。射电强活动星系核可进一步分为两类，其特征是以不同的吸积方式吸积到中央黑洞上。如果爱丁顿比小于0.01，它们被称为低动力（LK模式）活动星系核;如果大于0.01，它们被称为高动力（HK模式）活动星系核，这个临界值大致对应于辐射无效和有效吸积流之间的转变。在本模型中使用的几个自由参数是通过拟合两种不同类型的观测数据集：在1.4 GHz的射电大声AGN的本地LF和在1.4和5 GHz的河外射电源的差分计数来确定的。我们目前的模型很好地拟合了几乎所有已发表的关于LK模活动星系核和红移z<=1.5的活动星系核总人口的低频数据，而且，在目前探测到的全部光度范围内。另一方面，它往往低估了一些最近的措施，在低红移的HK模式活动星系核的LF，但只有在低射电光度。本模型也能够提供一个非常好的适合几乎所有的数据在1.4和5 GHz的无线电大声源的数量计数。（节略）
2021-06-29 astro-ph.CO
Coalescence Rate of Supermassive Black Hole Binaries Derived from Cosmological Simulations: Detection Rates for LISA and ET
大质量黑洞的合并历史是从宇宙学模拟中得出的，在宇宙学模拟中，这些物体的演化和宿主星系的演化是一致的。目前的研究表明，质量大于$\sim 10^{9} M_{\odot}$的超大质量黑洞在其历史上经历了多达500次合并事件。推导出的每共动体积和每质量间隔的聚结率允许获得沿计划中的干涉仪在空间（LISA）或在地面（Einstein）可达到的频率的引力波信号（“衰荡”）的预期探测率分布的估计。对于LISA，在其原始配置中，对于具有等于10的信噪比的事件，预计总检测率约为$15 yr^{-1}$，预期主要发生在频率范围$4-9 mHz$中。对于爱因斯坦引力波望远镜，预期每14个月一次，低至每4年一次，信噪比为5，主要发生在频率间隔$10-20 Hz$。对这些引力信号及其频率分布的探测将是未来区分解释超大质量黑洞起源的不同情景的重要工具。
2011-08-12 astro-ph.CO gr-qc
Black hole shadow with a cosmological constant for cosmological observers
研究了宇宙学常数对黑洞阴影角大小的影响。已知由宇宙学常数产生的加速膨胀改变了静态观测者的黑洞阴影的角大小。然而，阴影的大小必须为适当的宇宙学观测计算。我们计算的角度大小的阴影测量的宇宙学的共同运动的观察者投影的阴影角，这个观察者休息帧。我们表明，阴影的大小趋于零，作为观察者接近宇宙视界。我们估计了一个典型的超大质量黑洞（如M87）阴影的角尺寸。结果发现，在这些质量和距离尺度下，宇宙学观测者和静态观测者的阴影角大小大致相同。我们提出了一个超大质量黑洞的目录，并计算了宇宙学常数对它们的阴影大小的影响，发现这种影响可能是$3\; precent$遥远的已知来源，如凤凰星团超大质量黑洞。
2020-01-19 astro-ph.CO gr-qc
A Radio Census of Binary Supermassive Black Holes
使用档案VLBI数据的3114射电发光的活动星系核，我们寻找二元超大质量黑洞使用的无线电频谱指数映射技术的目标空间分辨，双无线电发射核。只有一个源被检测为双核。这一结果与宇宙学合并率模型进行了比较，并解释方面（1）合并后的时间尺度集中的两个黑洞的影响，（2）影响的可能性“停滞”的系统，和（3）在核合并的放射性活动的关系。我们的分析表明，成对的超大质量黑洞（两个质量都大于等于1e8 Msun）的二元演化从银河系恒星核的合并到超大质量黑洞对的所谓失速半径内的进展不到5亿年。数据显示，没有证据表明，在小的分离失速的二元系统过多。我们看到间接证据表明，成对的超大质量黑洞之间的无线电发射的相对状态在2.5千秒差距的轨道间隔内是相关的。
2010-08-25 astro-ph.CO
Supermassive Population III Supernovae and the Birth of the First Quasars
早在z ~ 7就存在超大质量黑洞是宇宙学结构形成中尚未解决的重大问题之一。一个主要的理论认为，它们是在z ~ 15原星系中强莱曼-维尔纳紫外背景下的灾难性重子坍缩过程中诞生的。在这样的星系中，原子谱线冷却将重子碎片化为巨大的团块，这些团块被认为会直接坍缩成10^4 - 10^5个太阳质量的黑洞。我们现在已经发现，其中一些碎片可以变成超大质量恒星，最终爆炸为能量为~ 10^55尔格的对不稳定超新星，这是宇宙中能量最高的爆炸。我们用Los Alamos程序和SPECTRUM程序计算了超大质量Pop III PI SNe的光变曲线和光谱。我们发现，它们将在Euclid到z ~ 10 - 15以及WFIRST和WISH到z ~ 15 - 20的近红外全天空巡天中可见，这可能揭示了第一类类星体的诞生地。
2013-09-13 astro-ph.CO
A model for the cosmological evolution of low frequency radio sources
我们提出了一个新的演化模型，描述了频率<5 GHz的射电源的人口属性，从而补充了De Zotti等人（2005）的模型，在更高的频率。我们发现，简单的分析光度演化仍然足以适应当地的光度函数，多频源计数，和红移分布的可用数据的财富。然而，拟合需要在高红移时光源亮度依赖于亮度的下降，至少对于陡谱光源来说是这样，从而证实了射电源“缩小尺寸”的早期迹象。在次mJy水平的源计数的上升占一个简单的外推，使用经验的远红外/无线电相关性，匹配的远红外计数和恒星形成星系的红移分布的演化模型。我们还讨论了新模型的影响，解释数据的大规模集群的射电源和综合萨克斯-沃尔夫（ISW）的效果，并调查的贡献离散源的河外背景。至于ISW效应，一项新的分析利用了一个非常干净的CMB地图，产生了比以前报道的显着性更高的显着性。
2010-01-07 astro-ph.CO
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。
2009-05-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Growth of Early Supermassive Black Holes and the High-Redshift Eddington Ratio Distribution
利用一个新的大尺度（~ 0.75 Gpc）^[3]流体动力学宇宙学模拟，我们研究了早期宇宙（z > 4.75）中超大质量黑洞的增长率。值得注意的是，我们发现典型的爱丁顿比在黑洞质量为4-8 * 10^7太阳质量时有一个明显的峰值（通常在7 * 10^11 ~ 10^12太阳质量的晕中发现），与红移无关，表明大部分黑洞的生长发生在冷流主导的区域。黑洞的生长基本上受气体密度演化的控制。在给定的质量标度下，典型的爱丁顿比简单地表示为宇宙学密度（1+z）^[3]，峰值是由质量更大的宿主中可获得的气体密度增加与活动星系核强反馈导致的气体密度降低之间的竞争引起的，活动星系核强反馈使黑洞失去了足够的气体来为高质量端的进一步快速增长提供燃料。除了平均爱丁顿比的演变，我们表明，爱丁顿比之间的质量选择和亮度选择的样品的分布近似对数正态分布。我们将这些发现结合成一个单一的对数正态拟合公式的爱丁顿比的分布作为（M_BH，z）的函数。该公式可用于演化黑洞种群的解析和半解析模型，预测观测到的类星体的黑洞质量，结合观测到的爱丁顿比分布，可用于约束黑洞质量函数。
2012-01-25 astro-ph.CO
Accretion onto supermassive and intermediate mass black holes in cosmological simulations
针对宇宙学模拟中黑洞吸积建模的动态范围和理论不确定性问题，提出简单灵活的参数化方法，结合贝叶斯正向建模，更新吸积处方并添加未解析吸积盘模型，揭示不同质量黑洞吸积差异及合并特征。
2025-08-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
High redshift supermassive blackholes: accretion through cold flows
我们使用放大技术从~ Gpc体积MassiveBlack宇宙流体动力学模拟中重新模拟了三个高红移（z > 5.5）的晕，它们拥有10^9太阳质量的黑洞。在宇宙学模拟中，我们研究了一些可能影响高红移超大质量黑洞生长的因素。这些措施包括数值分辨率，反馈处方和制定光滑粒子流体动力学。我们发现，不同的反馈能量直接沉积的区域的大小，无论是固定数量的邻居或固定的体积使黑洞的吸积历史的差异很小。将质量分辨率改变64倍也不会显著改变黑洞的生长历史。我们发现，从光滑粒子流体动力学的密度熵公式切换到压力熵公式稍微增加了黑洞的吸积率。一般来说，数值细节似乎对这些高红移黑洞的主要燃料机制有很小的影响。我们研究了这种情况发生的方式，发现对模拟技术的不敏感似乎是这些高Z超大质量黑洞的冷流喂养图片的一个标志。我们发现，在这些质量大的物体中，在z > 6~7的临界吸积阶段，气体在所有情况下都比晕中的平均气体更冷、更密，并且形成更多的相干流。这也是大多数情况下，当黑洞吸积是反馈调节（z < 6），但区别是不太突出。对于我们重新模拟的晕，冷流似乎是形成早期宇宙中最大质量黑洞的可行机制，在结构形成的Lambda CDM模型中自然发生。不需要微调的数值参数，他们似乎是物理上不可避免的，在这些对象。
2013-12-05 astro-ph.CO
Episodic Random Accretion and the Cosmological Evolution of Supermassive Black Hole Spins
位于宿主星系中心的超大质量黑洞的生长主要来自于气体的吸积，但如何为它们提供燃料仍然是类星体演化中一个悬而未决的问题。这个问题可以通过将辐射效率参数（$η$）量化为红移的函数来阐明，这也提供了对BH的平均自旋及其随时间的可能演化的约束。我们推导出一个形式主义链接$η$与光度密度，BH质量密度，占空比的类星体，数量，我们可以估计从现有的类星体和星系的调查数据。我们发现$η$具有很强的宇宙学演化：在z~2处为$η\approx 0.3$，到$z\approx 0$时下降了一个数量级，为$η\approx 0.03$ .我们解释这种趋势的演变BH自旋，我们呼吁情节，随机吸积的机制，减少自旋。观测到射电强的类星体的比例随着红移的增加而减少，这与流行的观点不一致，即BH自旋是产生强射电喷流的关键因素。与以前的研究一致，我们表明，推导出的历史BH吸积密切遵循恒星形成的宇宙历史，与其他证据，BH和他们的宿主星系共同进化一致。
2009-04-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Growth of the Stellar Seeds of Supermassive Black Holes
对于十亿太阳质量的黑洞（BH）的起源，最有希望的解释之一是，质量大于10，000太阳质量的超大质量恒星（SMS）坍缩形成种子黑洞，并从中生长。在这里，我们回顾了最近的理论进展，为这种情况提供了支持。首先，如果原始原星系的核心有足够高的气体吸积速率，那么无论是恒星表面发出的高能辐射还是恒星的有限寿命都不能阻止它们成长到超过100，000太阳质量的质量。其次，最近的宇宙学模拟表明，为了达到如此高的吸积率，可能需要高通量的分子解离辐射，这在早期宇宙中可能比以前认为的更常见。我们的结论是，大多数超大质量黑洞可能起源于高红移的SMSs。
2012-06-25 astro-ph.CO
Insights on the astrophysics of supermassive black hole binaries from pulsar timing observations
脉冲星计时阵列（PTA）是用来探测宇宙学上的超大质量黑洞（SMBH）双星产生的引力波背景的。在这篇文章中，我回顾了这样的GW背景的物理，突出其依赖于整体的二进制人口，SMBHs和他们的主机之间的关系，以及它们与恒星和气体环境的耦合。后者在驱动双星达到极端偏心率（e>0.9）时尤其重要，这可能是恒星驱动系统的情况。这导致低频信号的实质性抑制，可能对PTA观测的有效性构成严重威胁。未来的PTA探测将允许首次直接观察到次秒差距的SMBH二进制的GW驱动合并的方式，提供了重要的答案，这些壮观的源的形成和演变的物理相关的悬而未决的问题。
2013-07-09 astro-ph.CO
Testing supermassive primordial black holes with lensing signals of binary black hole merges
Yangtze University（长江大学）；Henan Academy of Sciences（河南省科学院）；Beijing Normal University（北京师范大学）；Wuhan University（武汉大学）
通过分析双黑洞合并引力波透镜信号，研究超大质量原初黑洞的丰度约束。
2026-01-15 astro-ph.CO
The Formation of Supermassive Black Holes from Low-Mass Pop III Seeds
到$z \ sim$ 7为止，在大质量星系中存在10个$^9$ M $_{\odot}$黑洞（BH）是宇宙学结构形成的重大未解之谜之一。一种理论认为，它们起源于$z \sim$ 20的Pop III恒星的黑洞，然后在爱丁顿极限下吸积到再电离的时代，这需要它们不断获得丰富的燃料供应。由于早期的数值模拟表明Pop III恒星的质量是100 M $\gtrsim$，因此到目前为止，超大质量黑洞的种子被认为是100 - 300 M $_{\odot}$。然而，越来越多的数值和观测一致认为，一些Pop III恒星的质量是太阳的几十倍，而不是几百倍，并且20 - 40 M的$_{\odot}$黑洞在高红移时可能要多得多。然而，我们发现，出生踢给予20 - 40 M $_{\odot}$流行III BH在形成过程中从他们的晕，因此他们的燃料供应，排除他们从爱丁顿极限增长。因此，超大质量黑洞从低质量的Pop III恒星形成的可能性远远小于从非常大的恒星形成的可能性。
2012-07-30 astro-ph.CO
On the Evolution of Supermassive Primordial Stars in Cosmological Flows
在z ~ 15 - 20的原子冷却晕中形成的原始超大质量恒星是第一类类星体种子的主要候选者。过去的数值模拟研究的SMSs的演变通常假设恒定的吸积速率，而不是高度可变的流量，它们形成。我们使用开普勒恒星演化和隐式流体动力学代码在宇宙流中模拟SMS的演化。我们发现，它们在经历直接坍缩成黑洞（DCBH）之前达到1 - 2 x $10^5 M_{\odot}$的质量，在1 - 150万年的主序氢燃烧期间或结束时，无论晕质量，自旋或合并历史如何。我们还发现，现实的，高度可变的吸积历史允许更大的多样性的超大质量恒星结构，包括在某些情况下，主要是热松弛的对象，这可能提供一个重要的辐射反馈源。我们的模型表明，吸积历史预测的纯原子冷却晕可能会施加一个狭窄的质量谱的种子的第一个大质量的类星体，但进一步的研究，结合现实的反馈将是必不可少的，以确认这是否在所有情况下都成立。我们的研究结果还表明，在不同的演化阶段，多个SMS可以在这些晕中形成，提高了SMS二进制和超大质量X射线二进制（SMXB）的可能性，以及DCBH合并，可以检测到LISA。
2021-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Measuring Gas Accretion and Angular Momentum near Simulated Supermassive Black Holes
利用动态范围超过1000万的宇宙学模拟，我们研究了气体质量和角动量通过含有超大质量黑洞（SMBH）的盘状星系的环核区域的输运。模拟遵循星系演化的相对静止阶段（没有合并），并且没有活动星系核（AGN）的反馈，作为使用最先进的高分辨率宇宙学模拟来模拟星系和黑洞共同演化的第一阶段的一部分。我们提出了在不同的红移（z=6，4和3）和三个不同的黑洞质量（3000万，9000万和3亿太阳质量;在z=4），以及模拟，包括一个处方，近似在dennis区域的光学厚冷却的模拟结果。整个环核盘的内部气体质量作为时间的函数表现出瞬态和混沌行为。内部气体质量的傅立叶变换在整个区域内遵循斜率为-1的幂律，这表明，在没有星系合并和活动星系核反馈的影响下，质量波动是随机的，在每次模拟的持续时间（~ 1-2百万年）内没有首选的吸积时间尺度。在小于100万年的时间尺度上，气体盘的角动量相对于盘在千秒差距尺度上改变方向，反映了环核区域的混沌和瞬态气体动力学。由于环核盘的动力学状态而向内驱动的气体团，可能在确定SMBH的自旋演化中发挥重要作用，正如在随机吸积情景中所建议的那样。
2010-05-06 astro-ph.CO
Dark matter halos modeled by polytropic spheres influenced by the relict cosmological constant and trapping polytropes forming supermassive black holes
本文用含遗迹宇宙学常数的广义相对论多方球建模暗物质晕，通过测地线与稳定性分析给出匹配星系和星系团尺度的参数区间，并界定可形成超大质量黑洞的俘获多方球条件。
2025-03-13 astro-ph.CO gr-qc
Anisotropy of Nanohertz Gravitational Wave Background and Source Clustering from Supermassive Binary Black Holes Based on Cosmological Simulation
本研究基于宇宙学模拟分析超大质量双黑洞产生的纳赫兹引力波背景的各向异性与源成团性，预测未来PTA可探测单源情况，发现弱引力透镜影响有限。
2025-07-09 astro-ph.CO gr-qc
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。
2014-03-15 astro-ph.CO
Swift coalescence of supermassive black holes in cosmological mergers of massive galaxies
超大质量黑洞（SMBH）在具有相当大质量的星系中无处不在。据推测，一对最初位于两个合并星系核中的SMBH将形成一个双星，并最终通过引力波的爆发而合并。到目前为止，理论模型和模拟已经无法直接预测的SMBH合并的时间尺度从头计算星系形成理论，只集中在有限的阶段的SMBH的轨道衰减的理想条件下的星系主机。预测的SMBH合并时间尺度很长，是Gyrs级的，这可能对未来的引力波搜索造成问题。在这里，我们提出了第一个多尺度的$Λ$ CDM宇宙学模拟，遵循轨道衰变的一对SMBH在合并的两个典型的大质量星系在$z\sim3$，所有的方式，以最终的合并驱动的引力波发射。质量为$\sim10^{8}$ M $_{\odot}$的两个SMBH迅速地沉降在合并残余物的核中。由于合并的耗散性质和高红移星系的内在致密性，残余物是三轴的，并且非常致密。这样的性质自然允许SMBH二进制的非常有效的硬化。SMBH合并发生在银河系核心合并后的$\sim10$百万年内，比哈勃时间小两个数量级。
2016-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
$H_0$ Tension on the Light of Supermassive Black Hole Shadows Data
当前的宇宙学紧张局势为研究新的探测器以约束宇宙学参数打开了一扇大门，具体地说，通过独立的技术来确定哈勃常数$H_0$的值。测量/推断$H_0$的两种标准方法依赖于：（i）距离阶梯的锚定观测值，以及（ii）假设标准的宇宙学常数冷暗物质（$Λ$ CDM）宇宙学，建立$H_0$与复合时代声视界角大小的关系。然而，前者需要在附近的距离与可观的校准，而后者不是一个直接的测量，是依赖于模型。这些方面背后的物理学限制了我们选择一种校准方法的可能性，这种方法可以帮助减少系统效应或考虑固定的宇宙学模型背景。预计有可能深入探索新的附近观测物理，如最近发现的黑洞阴影，在本文中，我们提出了标准规则，以扩展与这些观测相关的研究。超大质量黑洞的阴影可以用两个参数来表征：阴影的角尺寸和黑洞质量。我们发现，有可能通过预测和固定高红移的某些条件来打破这些参数之间的简并性，即，我们的结果达到了$\approx 4\%$，而不是考虑来自EHT阵列的$\approx$ 10%的精度，该精度在不久的将来可以在实验中实现。
2023-01-02 astro-ph.CO gr-qc
Cosmological 21cm line observations to test scenarios of super-Eddington accretion on to black holes being seeds of high-redshifted supermassive black holes
本文研究了高红移$z > 10$黑洞的超爱丁顿吸积过程，这些吸积过程有望在红移$z \sim 7$之前演化为超大质量黑洞.对于初始质量为BH种子的$M_{\rm BH, ini} \lesssim 2 \times 10^{3} M_{\odot}$，我们肯定需要超爱丁顿吸积，它可以适用于天体物理和原始起源。这样的吸积盘不可避免地发射出高能光子，这些光子不断地从高红移中加热星系间介质的宇宙等离子体。在这种情况下，宇宙气体温度的宇宙历史被修改，从而抑制了宇宙21厘米线的吸收特征。通过比较21厘米线吸收的理论预测与$z\sim17$的观测数据，我们得到了作为种子BH质量的函数的质量吸积率的宇宙学上限。为了在$z \sim 7$上实现$M_{\rm BH} \sim 10^9 M_{\odot}$，通过对种子BH的连续质量吸积，使其与$z \sim 17$上的宇宙学21 cm线吸收一致，当我们假设种子BH具有其共动数密度$n_{\rm seed,0} \sim 10^{-3} {\rm Mpc}^{-3}$（$n_{\rm seed,0} \sim 10^{-7} {\rm Mpc}^{-3}$）时，我们得到了种子BH初始质量的严格上界为$M_{\rm BH, ini} \lesssim 10^2 M_{\odot}$（$M_{\rm BH, ini} \lesssim 10^6 M_{…
2022-08-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Supermassive and Intermediate-Mass Black Hole Growth at Galaxy Centers and Resulting Feedback using Cosmological Simulations
星系中心黑洞的物质吸积释放出大量的反馈能量，影响着结构的形成和演化，影响着从pc到Mpc尺度的环境。这些黑洞通常是存在于活动星系核（AGN）中心的超大质量黑洞（SMBH：mass $\geq 10^6 M_{\odot}$），通过它们的多波长辐射在各个宇宙时期被广泛观测到。SMBH的能量输出经常被观测为各种形式的强大AGN外流。最近，中等质量黑洞（IMBHs：质量= $100 - 10^6 M_{\odot}$）开始在矮星系（DG）中心被观测到。一些中心的IMBH在DG的低光度活动星系核的形式显示活动的签名。我们已经进行了宇宙流体动力学模拟，以探测高z类星体中的SMBH（Barai et al. 2018）和DG中的IMBH（Barai & de Gouveia Dal Pino 2019）。我们的模拟采用三维TreePM SPH程序GADGET-3，包括金属冷却，恒星形成，化学富集，恒星演化，超新星反馈，活动星系核吸积和反馈。分析后处理中的模拟输出，我们研究了第一个IMBH的生长，第一个SMBH的生长，它们对恒星形成的影响，以及它们与各自的宿主星系的共同演化。我们量化了SMBH和IMBH对宿主星系的影响，特别是对淬灭恒星形成的影响。我们还研究了相应的BH流出性质。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Supernova that Destroyed a Protogalaxy: Prompt Chemical Enrichment and Supermassive Black Hole Growth
第一个原始星系在z ~ 15时由吸积和合并形成，并主要负责宇宙学的再电离和早期宇宙的化学富集。但是，这些星系中的一些可能是在强烈的莱曼-沃纳紫外线通量的存在下形成的，这种紫外线通量使它们没有H_2，从而阻止它们在组装之前形成恒星或将重元素排入IGM。在质量为10^8 M，维里温度为10^4 K时，这些晕开始通过原子线迅速冷却，可能形成了10^4 ~ 10^6 M的波普III型恒星，后来，形成了超大质量黑洞的种子。我们已经模拟了爆炸的超大质量的Pop III星的致密核心的线冷却原星系的ZEUS-MP代码。我们发现超新星（SN）膨胀到半径约为1千秒差距，短暂地吞没了整个星系，但随后又坍缩回暗物质的势阱中。后退将原星系的内部与金属完全混合，点燃了一场猛烈的星暴，并为其中心的一个巨大黑洞的快速增长提供了燃料。星暴将使原星系中的恒星数量更多，金属丰度也更高，而不是附近演化缓慢的晕。SN残余物成为一个强同步加速器源，可以用eVLA和eMERLIN观察到，并且具有独特的特征，可以很容易地将其与能量较低的SN残余物区分开来。这样的爆炸，以及随之而来的恒星爆发，很可能标志着天空中超大质量黑洞的诞生。
2013-07-09 astro-ph.CO
Primordial black holes in cosmological simulations: growth prospects for supermassive black holes
本文首次在宇宙学模拟中纳入原初黑洞，发现当原初黑洞与暗物质质量比为10^-3时，1000倍太阳质量的原初黑洞可在z=20增长至10^4-10^5倍太阳质量，成为高红移超大质量黑洞的潜在种子，并确定了有效种子形成的质量比阈值。
2025-08-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Relativistic Mergers of Supermassive Black Holes and their Electromagnetic Signatures
从超大质量黑洞的合并事件中同时探测电磁波（EM）和引力波（GW）特征是下一个观测上的重大挑战。这种探测将提供研究宇宙演化和与这些巨大的紧凑物体有关的吸积过程的手段。更一般地说，这些观测将使广义相对论能够在强非线性状态下得到检验，并将提供独立的高精度宇宙学测量。因此，了解在超大质量黑洞合并过程中出现EM和GW签名重合的条件是至关重要的。作为实现这一目标的重要一步，我们提出的结果，从第一个完全广义相对论，流体动力学研究的后期螺旋和合并的等质量，旋转超大质量黑洞二进制的气体云。我们发现，与GWs相关的可变EM签名可以出现在合并系统中作为冲击和吸积结合相对论光束效应的结果。最引人注目的EM可变性观察到的自旋与轨道轴对齐的系统，其中轨道黑洞形成一组稳定的密度尾流，但所有的系统都表现出一些特征签名，可用于搜索EM同行。在激光干涉仪空间天线可观测到的最大质量的双星的情况下，计算的光度意味着它们可以通过EM搜索到z = 1来识别，而低质量的系统和沉浸在低密度环境气体中的双星只能在局部宇宙中检测到。
2010-04-13 astro-ph.CO gr-qc
Signals of merging supermassive primordial black holes in pulsar timing arrays
本研究探讨脉冲星计时阵列观测到的引力波背景是否来自并合的原初超大质量黑洞，发现均匀分布情形受丰度约束排除，而成团分布若能规避μ畸变约束则可自洽解释观测数据。
2025-09-04 astro-ph.CO hep-ph
Dissimilar Donuts in the Sky? Effects of a Pressure Singularity on the Circular Photon Orbits and Shadow of a Cosmological Black Hole
到目前为止获得的黑洞观测结果表明了一件事：类似的“甜甜圈”存在于天空中。但是，如果将来观测到的某些黑洞阴影与其他的不同呢？在这项工作的目的是表明，在未来的一些观察到的黑洞的阴影的差异，可能会解释$H_0$紧张的问题。在这封信中，我们调查的压力宇宙学奇点的圆光子轨道和银河系超大质量黑洞的阴影在宇宙学红移的可能影响。由于压力奇异性是宇宙中的一个全局事件，因此压力奇异性的影响将在特定红移处施加到超大质量黑洞上。正如我们所展示的，压力奇异性影响了由McVittie度规描述的宇宙学黑洞周围的圆形光子轨道，具体地说，在奇异性发生的时间实例之前的一段时间内，光子轨道不存在。我们讨论了圆形光子轨道的缺失对这些黑洞阴影的可能影响。我们的想法表明，如果一个压力奇点发生在不久的过去，那么这可能有一个直接的印记，在红移对应的时间实例，奇点发生在过去的超大质量星系黑洞的阴影。因此，如果在未来观测到$z\leq 0.01$红移的阴影样本，并且在阴影中发现特定的红移差异，这可能是压力奇点发生的指示，并且这个全局事件可能解决$H_0$ -张力，如先前工作所讨论的。然而，在红移$z\leq 0.01$上观测几个阴影是一个相当遥远的未来任务。
2022-08-16 astro-ph.CO gr-qc
The accurate mass distribution of M87, the Giant Galaxy with imaged shadow of its supermassive black hole, as a portal to new Physics
事件视界望远镜对巨CD星系M87中心的超大质量黑洞的质量进行了非常仔细的估计，结合最近的高质量光度和光谱测量，得出了从星系中心到维里半径的适当的暗/亮质量分解。这为我们提供了关于关键宇宙学和天体物理学问题的决定性信息。首次探测到在超大质量黑洞引力控制下的星系区域内的暗物质和标准物质分布。众所周知的超大质量黑洞在最高星系质量下的质量与恒星弥散速度的关系意味着前者的奇异增长。这可能是第一个可以证明超大质量黑洞质量增长也是由暗物质成分贡献的案例。一个巨大的暗物质晕核心的星系与效率低下的重子反馈是存在的，因此限制了暗晕粒子的性质。在盘系统中已经出现的暗/亮结构特性之间的无法解释的纠缠也出现了。
2022-06-04 astro-ph.CO gr-qc
Emission Lines as a Tool in Search for Supermassive Black Hole Binaries and Recoiling Black Holes
探测并合前双星的电磁（EM）对应物对于我们理解这些系统的演化以及相关的吸积物理具有非常重要的意义。此外，从合并的超大质量黑洞双星（SBHB）中观测到的电磁波和引力波信号的组合将提供对红移和光度距离的独立测量，从而允许高精度的宇宙学测量。然而，这些物体的统计学上的重要样本尚未获得，并且通过观测发现它们已被证明是一项艰巨的任务。在这里，我们将讨论现有的观测证据，以及如何在合并之前和之后的SBHB的观测签名的理论理解的进一步进展，可以帮助在未来的搜索。
2009-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Ultra-low-frequency gravitational waves from individual supermassive black hole binaries as standard sirens
研究提出利用脉冲星计时阵列探测来自超大质量黑洞双星的超低频引力波作为标准警报器，发现其可精确测量暗能量状态方程和Hubble常数，为宇宙学探测提供新途径。
2025-05-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Depressing de Sitter in the Frozen Future
在本文中，我们集中在引力热力学的遥远的未来。宇宙学观测表明，大多数物质将被宇宙膨胀稀释，其余的坍缩成超大质量黑洞。我们的本地宇宙未来可能的状态是一个超大质量黑洞在一个由正的宇宙学常数主导的空宇宙中慢慢蒸发。我们描述了宇宙视界如何响应黑洞蒸发的一些被忽视的特征。黑洞的存在会降低宇宙视界的熵，其降低量与黑洞和宇宙视界熵的几何平均值成正比。随着黑洞蒸发并在此过程中失去质量，总熵遵循热力学第二定律增加。熵是由来自黑洞的热量流过极冷的宇宙视界而产生的。一旦蒸发完成，宇宙变成空的德西特空间，（在存在真正的宇宙学常数的情况下）是最大熵热力学平衡态。我们认为平坦的Minkowski空间是这个过程的一个不恰当的极限，它掩盖了热力学。宇宙学常数不仅应该被看作是一个能量标度，而且应该被看作是宇宙最大熵的标度。在这种情况下，平坦的闵可夫斯基空间与具有极小宇宙学常数的德西特空间是不可区分的，从而产生发散熵。这在黑洞热力学计算中引入了一个不受调节的无穷大，可能会产生误导性的结果。
2012-01-05 astro-ph.CO gr-qc
Black hole event horizons are cosmologically coupled
证明静态球对称黑洞视界无法嵌入含时几何，指出因宇宙膨胀黑洞必然与宇宙学耦合，这为超大质量黑洞增长机制提供了依据并对暗能量难题具启示意义。
2024-08-29 astro-ph.CO gr-qc
Supermassive black holes with high accretion rates in active galactic nuclei: II. the most luminous standard candles in the Universe
这是第二次在一系列的论文报告的大型混响映射（RM）运动，以测量黑洞（BH）的质量在高吸积率活动星系核（AGN）。我们的目标是确定超级爱丁顿吸积大质量黑洞（SEAMBHs），并利用其独特的性质，构建一个新的方法来测量宇宙学距离。根据理论模型，这些源的饱和热光度与BH质量成正比，可以用来获得它们的距离。在这里，我们报告了五个新的RM测量，并表明在四种情况下，我们可以测量BH质量和这些来源中的三个是SEAMBHs。加上我们早期工作中的三个源，我们现在有六个新的这种类型的源。我们使用一种新的方法的基础上，最小的辐射效率，以确定9个额外的SEAMBHs从早期的RM为基础的质量测量。我们使用贝叶斯分析，以确定新的距离表达式的参数，和方法的不确定性，从观察到的样本中的对象的属性。新测得的距离与标准宇宙学距离之比的平均离散度为0.14 dex，表明SEAMBH可以用作宇宙学距离探针。由于它们的高光度，长时间的活动和大量的高红移，SEAMBH有可能将宇宙距离阶梯扩展到现在Ia型超新星所探索的范围之外。
2014-08-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
High-redshift supermassive black hole population from core-collapse in self-interacting dark matter halos
Indian Institute of Science Education and Research Berhampur（印度科学教育研究学院贝尔汉普尔分校）
本研究提出自相互作用暗物质晕核心坍缩可产生高红移超大质量黑洞种子，通过半解析模型预测并与观测对比，给出速度依赖的暗物质参数空间。
2026-09-14 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Reproducing cosmic evolution of galaxy population from $z = 4$ to $0$
我们提出了宇宙学流体动力学模拟研究星系人口的演化。模拟遵循定时释放的质量，能量和金属的恒星演化，并采用超新星反馈的唯象处理，前超新星反馈建模为反馈的辐射压力从大质量的恒星，和淬火的气体冷却在大晕。我们构造的基准模型，使它再现观测估计的星系恒星质量函数和星系恒星质量和主机晕质量之间的关系从$z = 4$到0。我们发现，这样构建的基准模型自然地解释了宇宙恒星形成的历史，星系缩小，恒星形成率和恒星形成星系的金属丰度。没有淬火的气体冷却在大晕的模拟过度生产大质量星系在$z < 2$和未能再现星系缩小。不使用年轻恒星辐射压力反馈的模拟预测了质量-金属丰度关系的太强的红移演化。此外，在没有辐射压反馈的情况下，在低红移处，该关系的斜率变得太陡。辐射压力反馈中的金属丰度依赖性是解释观测到的质量-金属丰度关系的关键。这些事实表明，除了超新星反馈之外，这两个过程对星系演化至关重要。我们简单的唯象模型适合于构造一个模拟星系样本来研究观测到的星系种群的物理性质。
2014-04-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Observing Supermassive Black Holes across cosmic time: from phenomenology to physics
在过去的十年中，高灵敏度，高空间分辨率的观测和协调的多波长调查相结合，彻底改变了我们对河外黑洞（BH）天体物理学的看法。我们现在知道，超大质量黑洞存在于几乎每个星系的核中，在宇宙学时期通过吸积物质而成长，相互作用和合并，并在此过程中释放出巨大的能量，极大地影响周围气体和恒星的演化，为星系形成提供了强大的自我调节机制。本章的主题是与成长中的黑洞和活动星系核（AGN）有关的各种能量现象，它们的宇宙学演化和用来揭示它们的观测技术。特别是，我将把我的注意力集中在高能天体物理过程的理论引起的观测到的活动星系核中的发射，可观察到的印记，他们在不同的波长，和方法来揭示他们在统计上稳健的方式之间的联系。我将展示理论家和观察者的共同努力如何使我们揭示了宇宙年龄的大部分时间内的大部分SMBH增长，但仍然存在令人不安的不确定性，使我们无法完全理解黑洞在星系和大尺度结构形成，组装和演化的复杂过程中的确切作用。
2015-05-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Growing supermassive black holes: sub-grid modelling and intermediate-scale processes
宇宙中的尺度范围之广，使我们不可能一次建模。因此，在进行数值实验时，我们有必要采用亚分辨率处方，它可以代表我们无法直接建模的尺度。在这篇文章中，我们提出了一个处方黑洞的增长，采用了不同的吸积制度，从文献中使用的标准方法，并讨论了小规模的吸积流和大规模的宇宙体积之间的中间过程，可以大大提高吸积率到黑洞在星系中心的专用模拟的结果。
2012-09-24 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
A Semi-analytic Framework of Population III and Subsequent Galaxy Formation on Cosmological N-body Simulations
该研究提出一个在暗物质晕合并树上运行的半解析框架，自洽考虑莱曼-沃纳反馈和流速度，用于模拟Pop III恒星形成，预测原子冷却晕中可形成超大质量恒星，足以解释高红移类星体。
2025-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Modelling supermassive black hole growth: towards an improved sub-grid prescription
在星系形成的模拟中，超大质量黑洞的吸积过程经常采用Bondi-Hoyle模型。在这里，我们研究这种方法的有效性分析和数值。我们认为，字符的流动，其中一个评估的气体性质是不可能满足简单的邦迪-霍伊尔模型。只有在特定的情况下，热维里化的气体与零角动量和可忽略的辐射冷却是邦迪-霍伊尔解决方案有关。在另一个极端中，由于有效的冷却和周围晕的主导重力，气体在评估半径处处于自由落体状态，邦迪-霍伊尔形式主义在任何一个方向上都可能是错误的。这可能会在宇宙学模拟中对晕质量施加人为的趋势，因为不同的晕质量会有不同的因素。我们提出了一个表达式的次网格吸积率之间的自由落体制度和邦迪-霍伊尔制度，因此考虑到的贡献晕的气体动力学。
2012-02-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Prompt Tidal Disruption of Stars as an Electromagnetic Signature of Supermassive Black Hole Coalescence
对合并黑洞双星的天球坐标和红移进行精确的电磁测量是利用其引力波（GW）信号约束宇宙学参数和检验广义相对论的关键。在这里，我们表明，合并后的~10^{6-7}M_太阳黑洞一般是由多个电磁耀斑从潮汐破裂的恒星在一段时间内。GW辐射对合并后的黑洞的突然反冲迅速填满了它的损失锥，导致恒星的潮汐破裂率高达每年0.1。在一个单一的星系内的恒星在短时间内迅速中断提供了一个独特的电磁标志最近的一个黑洞合并事件，和连续中断可以用来校准脉冲星定时阵列或拟议的激光干涉仪空间天线（LISA）的GW源的预期速率。
2010-08-26 astro-ph.CO gr-qc
Maximally Rotating Supermassive Stars at the Onset of Collapse: The Perturbative Effects of Gas Pressure, Magnetic Fields, Dark Matter and Dark Energy
在宇宙学红移越来越大的类星体的发现可能有利于“直接坍缩”作为最有希望的形成超大质量黑洞的演化路线。在这种情况下，超大质量黑洞形成时，它们的祖先-超大质量恒星-变得不稳定的引力坍缩。对于由纯辐射压力支撑的、在质量脱落极限下旋转的均匀旋转恒星，坍缩开始时的临界位形由无量纲自旋和半径参数$J/M^2$和$R/M$的普适值表征，与质量$M$无关。我们考虑气体压力，磁场，暗物质和暗能量对这些参数的微扰效应，从而确定这种普遍性的有效性域。我们得到的关键参数的领导阶修正，并建立其标度与相关的物理参数。我们比较了两种不同的方法来近似气体压力的影响，这起着最重要的作用，找到相同的结果，上述无量纲参数，也发现与最近的数值结果很好的协议。
2018-07-26 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
