The Formation of the First Quasars. I. The Black Hole Seeds, Accretion and Feedback Models
$\sim 10^9\, M_\odot$的超大质量黑洞（SMBH）通常被认为是在$z\gtrsim6$观测到的发光类星体的中心引擎，但它们的天体物理起源仍然难以捉摸。$z\gtrsim$类星体存在于罕见的密度峰值中，这对均匀的流体动力学模拟提出了一些挑战。为了研究这些遥远的类星体的形成，我们对一个有利的晕进行了一系列放大模拟，该晕在$z = 6$上的质量为$\sim 10^{13}\, M_\odot$，并且有多次重大合并的历史，非常适合BH的生长。我们测试BH种子的$10 - 10^6\, M_\odot$，和各种吸积和反馈模型，包括薄盘和薄盘吸积。我们发现，与以前的研究相反，即使在超临界吸积下，$\lesssim 10^3\, M_\odot$的光种子也不能通过$z\sim 6$生长到$10^8\, M_\odot$;由于更强的反馈，超爱丁顿模式导致比爱丁顿限制情况更低的吸积速率，导致BH显著小两个数量级;并且，虽然超临界模型促进了低自旋BH的生长，但对于高自旋BH，由于增加的辐射反馈，质量可能会减少。我们的模拟表明，第一个$10^8 - 10^9\, M_\odot$ SMBH可能是从$\gtrsim 10^4\, M_\odot$的重种子通过爱丁顿有限或温和的超临界吸积，由富含气体的合并和反馈的自我调节促进，它们与它们的宿主星系共同进化，产生明亮的类星体，如$z\sim$…
2020-12-02 astro-ph.GA
Simulations of magnetized multiphase galactic disk regulated by supernovae explosions
究竟是什么控制着银河系中的恒星形成仍然存在争议。特别是，反馈和磁场的作用仍然是部分理解。我们研究了超新星反馈和磁场对恒星形成和银盘结构的影响。我们进行数值模拟的湍流，磁化，自引力，多相，超新星调节ISM内1千秒差距分层盒。我们对超新星实施了各种方案。从以固定速率的随机分布到超新星在空间和时间上与恒星形成相关的分布。为了研究磁场对恒星形成的影响，我们进行了流体动力学和磁流体动力学模拟。我们发现超新星反馈对星系演化有很大的影响。超新星的分布起着非常重要的作用。当超新星与恒星形成事件不相关时，它们不会显着改变在没有反馈的情况下获得的非常高的恒星形成率。当超新星跟随吸积时，恒星形成率可以降低30倍。磁场也起着重要作用。它将恒星形成率降低了2-3倍，并将塌陷点的数量减少了约2倍。超新星和致密气体之间的确切相关性似乎对星系盘演化和恒星形成有重要影响。这意味着小规模的研究是必要的，以了解和量化的反馈效率。磁场通过降低恒星形成速率和恒星形成点的数量来影响星系尺度的恒星形成。
2014-05-30 astro-ph.GA
Growth problems of stellar black holes in early galaxies
观测到的高z超大质量黑洞（SMBH）的种子的性质是未知的。虽然已经提出了不同的选择，例如涉及中等质量的直接坍缩黑洞，大质量恒星的BH残留物仍然是最自然的解释。为了确定它们快速生长的最有利条件（如果有的话），我们研究了在不同条件（如星系结构、BH初始位置和速度）下，在一个典型的z = 10星系中形成的M_BH = 100M_sun BH的吸积率。我们模拟星系重子含量，并遵循BH轨道和吸积历史3亿年（时间跨度10 > z > 7），假设辐射调节的吸积模型由Park & Ricotti（2013）。我们发现，在我们的模型范围内，BH种子不能增长超过30%，这表明光种子模型的吸积不足以解释高z SMBH。我们还计算了这种吸积恒星BH人口在（0.5，8）keV波段的X射线辐射，并发现它可比的高质量X射线双星产生的。这项研究表明，早期的BH，在宇宙黎明的星系际介质的X射线预热，可能会留下一个特定的签名HI 21厘米线功率谱可能与SKA检测。
2018-07-16 astro-ph.GA
Black-hole-regulated star formation in massive galaxies
超大质量的黑洞，质量超过太阳的一百万倍，似乎居住在所有大质量星系的中心。宇宙学激发的星系形成理论需要这些超大质量黑洞的反馈来调节恒星的形成。在没有这种反馈的情况下，最先进的数值模拟显着无法再现本地宇宙中大质量星系的数量密度和属性。然而，目前还没有观测证据表明超大质量黑洞和恒星形成之间存在这种强耦合的共同演化，这阻碍了我们对星系内重子过程的理解。在这里，我们表明，恒星形成的历史（SFHS）附近的大质量星系，从他们的综合光谱测量，取决于中央超大质量黑洞的质量。我们的研究结果表明，黑洞质量增长的尺度与气体冷却速率在早期宇宙。在拥有更大质量的中心黑洞的星系中，恒星形成的后续淬火发生得更早，更有效。观测到的黑洞质量和恒星形成效率之间的关系适用于整个星系生命中形成的所有世代的恒星，揭示了黑洞活动和重子冷却之间持续的相互作用。
2018-01-02 astro-ph.GA
Clumpy high-z galaxies as a testbed for feedback-regulated galaxy formation
利用有限质量模式下的GASOLINE2 SPH程序和拉格朗日无网格程序GIZMO，研究了$z > 1$大质量富气星系盘碎裂对反馈模型和流体动力学方法的依赖性。我们比较非宇宙学星系盘运行与标准的冲击波超新星（SN）的反馈，它引入延迟冷却，以驱动风，并运行与新的超级气泡SN反馈，自然产生风的详细物理建模SN驱动的气泡，并导致有效的自我调节的恒星形成。我们发现，与冲击波反馈，大质量的恒星形成团块的形式在可比的数量和非常相似的质量在GASOLINE2和GIZMO。典型的质量在$10^7-10^8 M_{\odot}$范围内，比以前的大多数作品都要低，而质量超过$10^9 M_{\odot}$的巨型团块非常罕见。相反，在超级气泡反馈的情况下，大质量的束缚恒星形成团块不会形成，因为星系从来没有经历过剧烈的盘不稳定阶段。只有零星的，未束缚的恒星形成超密度持续只有几十万年的可能出现，这是由大质量的卫星同伴的扰动触发的。我们的结论是，有一个严重的紧张局势之间的解释，在$z > 1$观察到的大质量恒星形成团块主要是由于磁盘碎片驱动的引力不稳定性和反馈调节星系形成的流行观点。因此，盘稳定性和恒星形成效率之间的联系应该被视为星系形成理论的一个关键试验场。
2016-06-21 astro-ph.GA
The Observational Signatures of Supermassive Black Hole Seeds
最初的黑洞种子的起源和性质仍然有待确定，这些种子会生长以产生所观察到的吸积源种群。要从形成成长中黑洞的组装历史的燃料和动力学中独特地解开播种的特征是一个挑战。为了解决这个问题，我们使用一个半解析模型来跟踪超大质量黑洞的增长，采用多种处方吸积。与早期的治疗相比，我们探讨播种模型和两个吸积模式之间的相互作用。我们发现，签名的初始播种生存在以下观测探测：黑洞的占有率;未解决的X射线背景的贡献;低光度和高红移光度函数;和在引力波事件签名。我们发现，低质量端的M-西格玛关系的行为是由所采用的吸积处方的不确定性，并没有提供明确的区分播种模型。我们对未来的调查做出了具体的预测，特别是对Lynx X射线测量仪和LISA（激光干涉仪空间天线）任务，这两项任务都将对种子种群提供不同但强烈的限制。LISA探测到的黑洞合并和Lynx观测到的高红移类星体光度函数将提供最清晰的播种判别。虽然黑洞播种机制的签名仍然与我们对黑洞吸积和动力学的理解有关，但我们提供了关于如何利用这些即将到来的多波长观测来有效地解开它们的新见解。
2018-09-04 astro-ph.GA
Black hole evolution: I. Supernova-regulated black hole growth
一个超大质量黑洞（BH）的成长取决于宿主星系能够供给它多少气体，这反过来又受到宇宙环境的控制，通过星系合并和宇宙流的吸积，星系如何获得它们的气体，但也受到星系内部过程的控制，例如恒星形成和来自恒星和BH本身的反馈。在本文中，我们通过一个高分辨率的放大宇宙学模拟--赛斯模拟，研究了一个10^12 Msun的晕在z=2时的生长，它是al星系群在z=0时的祖先，以及它的中心BH的生长。我们研究了银河系中冷气体吸积驱动的黑洞演化，并探讨了超新星反馈（SNe）的效率。对于来自SNe的相对低效的能量输入，BH从早期开始以爱丁顿速率增长，并且一旦它足够大就达到自我调节。我们发现，在早期宇宙时间z>3.5时，来自SNe的有效反馈阻止了沉降盘的形成以及BH附近稠密冷气体的积累，并使中心致密物体挨饿。随着星系及其晕的质量积累，它们能够限制重大合并提供的核流入，并且黑洞以持续的接近埃丁顿吸积率的速度增长。我们认为这种机制应该在低质量星系中普遍存在，对应于我们模拟中恒星质量低于10^9 Msun的星系。
2015-07-02 astro-ph.GA
Light, medium-weight or heavy? The nature of the first supermassive black hole seeds
在$z>6$对超亮类星体的观测揭示了超大质量黑洞（SMBH $>10^9 \rm M_{\odot}$）的快速增长，其起源仍然难以解释。它们的祖先可能是大质量无金属恒星（轻种子）的残余，通过恒星碰撞（中等质量种子）和/或大质量气体云直接坍缩（重种子）形成的。在这项工作中，我们调查的第一次在形成$z>6$ SMBHs在爱丁顿有限的气体吸积的情况下，这三个种子人口的相对作用。为此，我们在半解析数据约束模型中实现了莱曼-沃纳（LW）光离解辐射和金属/尘埃富集的空间波动的统计描述。这使我们能够设置BH种子形成的物理条件，在$z>6$的宇宙高度偏差区域探索它们的相对出生率。我们发现，列入中等重量的种子不定性地改变的生长历史的第一SMBH：虽然不太大规模的种子（$<10^3 \rm M_\odot$）形成在一个较高的速度，质量增长的一个$\sim 10^9 \rm M_\odot$ SMBH在$z<15$是由有效的气体吸积（在亚爱丁顿速率）到其沉重的祖先（$10^5 \rm M_\odot$）。这一结论独立于LW辐射的临界水平，甚至当中等重量的种子被允许在更高的金属丰度星系中形成时，通过所谓的超级竞争吸积场景。我们的研究表明，$z \sim 6$ SMBHs的谱系的特点是丰富多样的BH祖细胞，这只代表了一小部分（$< 10 - 20\%$）的所有BH种子星系在$z > 15$。
2021-06-15 astro-ph.GA
The Type Ia Supernova and Asymptotic Giant Branch Stellar Ejecta-regulated Interstellar Medium of Massive Galaxies
通过3D流体动力学模拟研究大质量星系中心，发现SNIa加热与AGB星风调控的ISM稳态轮廓取决于CGM压力和加热冷却比，连接了CGM与星系尺度并影响黑洞反馈，且分辨SNIa遗迹对模拟至关重要。
2025-08-13 astro-ph.GA
Precipitation-Regulated Star Formation in Galaxies
星系的成长主要取决于宇宙气体的辐射冷却和冷却引发的能量反馈之间的相互作用。由于其复杂性，这种相互作用被证明非常难以建模，即使是大型超级计算机模拟也是如此。然而，真实的星系被观察到服从简单的标度关系，其主要的可观察到的特征。在这里，我们表明，冷却和反馈之间的相互作用的一个通用的紧急属性可以解释观测到的星系的恒星质量，其总质量，其化学富集水平之间的比例关系，以及其恒星的平均轨道速度和其中央黑洞的质量之间的关系。这些关系自然是由于任何反馈机制，强烈加热星系的环星系气体，以响应较冷的云从该气体中沉淀出来，因为反馈然后将气体悬浮在边缘沉淀状态。
2015-05-14 astro-ph.GA
GMC Collisions as Triggers of Star Formation. III. Density and Magnetically Regulated Star Formation
我们研究了巨分子云（GMC）碰撞及其引发恒星团簇形成的能力。我们进一步发展我们的三维磁化，湍流，碰撞GMC模拟实现恒星形成亚网格模型。探讨了两种这样的模型：（1）“密度调节”，即，在设定的密度阈值之上的每自由下落时间的固定效率;（2）“磁调节”，即，在磁超临界区域中，每个自由落体时间的固定效率。与这些模型相关的参数的变化也进行了探讨。在非碰撞模拟中，恒星形成的总体水平对与有效密度阈值相关的模型参数选择敏感。在GMC碰撞模拟中，最终的恒星形成速率和效率相对独立于这些参数。在非碰撞和碰撞的情况下，我们比较了所产生的星团的形态，恒星形成气体的性质，恒星形成率（SFR）的时间演化，恒星的空间聚类，以及由此产生的恒星运动学与出生气体的比较。我们发现，典型的碰撞通过产生更大量的致密气体，会触发更早和更强的恒星形成，从而使SFR和效率提高10倍。由大麦哲伦星系碰撞形成的星团显示出更大的空间子结构和更多的扰动运动学。
2017-04-26 astro-ph.GA
Numerical Simulations of Turbulent Molecular Clouds Regulated by Reprocessed Radiation Feedback from Nascent Super Star Clusters
巨分子云中年轻星团的辐射反馈被认为对控制恒星的形成具有重要意义。对于质量最大、密度最大的云，包括那些诞生超级星团的云，来自再处理辐射对尘埃颗粒施加的压力可能会将云质量的很大一部分分散回星际介质（ISM）。使用我们的辐射流体动力学（RHD）代码，ESTA，我们进行了一系列的数值模拟来测试这个想法。我们的模型遵循自引力的演变，强烈的湍流云，其中崩溃的区域被取代的辐射汇粒子代表星团。我们评估的恒星形成效率（SFE）的大小和质量的云和$κ$，红外（IR）辐射的气体的不透明度的依赖性。我们发现，一个最重要的参数决定的演变结果是$κ$，与$κ\gtrsim 15 \text{ cm}^2 \text{ g}^{-1}$需要扰乱云。对于$κ= 20-40 \text{ cm}^2 \text{ g}^{-1}$，得到的SFE=50-70%与某些SSC形成云的经验估计相似。GMC中断所需的不透明度可能只适用于富含灰尘的环境。我们发现，通过等于云的平均红外光学厚度的“捕获因子”来提高直接辐射力$L/c$的次网格模型方法可以高估$\sim 4-5$的因子的真实辐射力。我们的结论是，从再处理的红外辐射单独的反馈是不太可能显着减少GMC内的恒星形成，除非他们的尘埃丰度或集群的光质比增强。
2015-07-23 astro-ph.GA
G.A.S. I: A prescription for turbulence-regulated star formation and its impact on galaxy properties
星系中的恒星形成是低效的，了解星系中恒星形成的调节方式是当代天体物理学最基本的挑战之一。辐射冷却、超新星和活动星系核的反馈、大尺度动力学和湍流能量的耗散作用于不同的时间和空间尺度，所有这些都在复杂的气体循环中调节恒星的形成。本文介绍了一个新的星系形成和演化的半解析模型G.A.S.中的物理实现。我们的新模型的根本基础是多相星际介质的发展，其中超新星和活动星系核产生的能量保持扩散，热，稳定的气体和冷却器，cloudly，低体积填充因子气体之间的平衡。热气体易受热力学和动力学不稳定性的影响。我们描述了湍流如何通过惯性湍流能量级联导致巨大分子云的形成。我们明确的速度色散的演化模型在不同尺度的级联和帐户热晕气体的热不稳定性。我们发现，扩散和不稳定的气体相之间的快速和多次交换强烈调节星系中的恒星形成率，因为只有一小部分不稳定的气体正在形成恒星。对于高质量晕，冷却自然是由热不稳定性的增长，所以我们不需要实施强AGN反馈。描述气体循环的特征时间尺度与观测结果吻合得很好。从z=6.0到z=0.5，结果与观测到的恒星质量函数吻合得很好。热不稳定性和致密气体中湍流能量的级联在气体吸积和恒星形成之间引入了延迟，这使得早期宇宙中的星系生长效率低下。
2019-01-29 astro-ph.GA
Rapid growth of seed black holes during early bulge formation
我们研究了大质量种子黑洞（BH）的早期增长通过吸积在原星系核的恒星核球组件组装，进行轴对称二维辐射流体动力学模拟。我们发现，当一个种子BH与$M_\bullet \sim 10^5~M_\odot$是嵌入在致密的贫金属气体（$Z=0.01~Z_\odot$）与密度的$\gtrsim 100~{\rm cm}^{-3}$和膨胀的恒星与$M_\star \gtrsim 100~M_\bullet$的总质量，一个巨大的气体盘饲料的BH有效的速率为$\gtrsim 0.3-1~M_\odot~{\rm yr}^{-1}$和BH质量增加近十倍的$\sim 2$ Myr。这种快速吸积阶段持续到一个很好的分数的气体内的凸起吸积到BH上，虽然喂养率是受管制的，由于强大的外流驱动的电离辐射发射的吸积BH。瞬态增长模式可以触发种子黑洞形成在大量的暗物质晕与质量的$\gtrsim 10^9~M_\odot$在$z\sim 15-20$（维里温度为$T_{\rm vir}\simeq 10^5~{\rm K}$）。宿主晕比典型的第一星系更重，更稀有，但更有可能最终成为$z\simeq 6$的类星体宿主。这种机制自然会产生一个质量比$M_\bullet/M_\star >0.01$高于本地宇宙中看到的值，这种超大质量黑洞的存在为我们提供了一个独特的机会，通过詹姆斯韦伯太空望远镜和南希格雷斯罗马太空望远镜即将…
2022-01-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
Super-Eddington Accretion and Feedback from the First Massive Seed Black Holes
超级爱丁顿吸积到大质量黑洞种子上可能在早期宇宙中很常见，那里存在快速吸积的条件。直接坍缩黑洞常被认为是再电离前宇宙中超大质量黑洞观测的一种可能的解决方案。我们在这里调查如何反馈，主要是双极射流的形式，从超级爱丁顿吸积种子黑洞将影响其随后的增长。我们发现，几乎独立的双极射流的质量负载，由射流产生的暴力外流疏散周围的黑洞种子约0.1 pc的区域。然而，喷流无法摆脱晕，它们的影响仅限于黑洞附近。外流抑制任何吸积约一个动态的时间。然后气体冷却，重新组合并回落到中心，在那里再次观察到高吸积率。总体效果是产生有效的吸积率，其值在爱丁顿率的0.1至0.5倍之间。如果这种偶然的吸积率保持5亿年，那么黑洞的质量将增加3到300倍，但远远低于在$z>6$观测到的种子变成SMBH所需的$10^4$倍。因此，直接坍缩的黑洞诞生于原子冷却晕，并经历强烈的负机械反馈，需要外部影响（例如与其他晕的快速大合并）来促进有效的吸积，并在数亿年内达到SMBH质量。
2019-04-11 astro-ph.GA
Impact of gas spin and Lyman-Werner flux on black hole seed formation in cosmological simulations: implications for direct collapse
直接坍缩黑洞~（BH）是产生大质量$z\gtrsim 6$类星体的有希望的候选者，但它们的形成需要微调的条件。在这项工作中，我们使用宇宙学变焦模拟系统地研究了形成BH种子所需的：1）低气体角动量，2）最小入射Lyman-Werner~（LW）通量的影响。我们探测了种子的形成（具有总质量为$> 3000\times M_{\mathrm{seed}}$和致密的贫金属气体质量$> 5\times M_{\mathrm{seed}}$的晕中的$M_{\rm seed} \sim 10^4$ - $10^6 M_{\odot}/h)$的初始质量）。我们发现，种子形成晕有恒星形成和金属富集的历史，但包含致密的口袋，贫金属气体。当播种进一步限制到低气体自旋的晕，形成的种子的数量被抑制的因素相比，基线模型的$\sim6$，无论种子质量。如果要求致密的贫金属气体具有临界LW通量（$J_{\mathrm{crit}}$），则晶种形成受到更强烈的影响。即使$J_{\mathrm{crit}}$值低至$50J_{21}$，也不会形成$8\times10^{5}M_{\odot}/h$种子。虽然较低质量（$1.25\times10^{4},1\times10^{5} M_{\odot}/h$）种子确实形成，但与$\sim10^4~M_{\odot}/h$气体质量分辨率下的基线模型相比，它们受到强烈抑制（通…
2021-11-23 astro-ph.GA
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
How the First Stars Regulated Star Formation. II. Enrichment by Nearby Supernovae
来自第三星族（Pop III）超新星的金属导致了早期宇宙中质量较小的Pop II恒星的形成，改变了原始星系的演化过程和宇宙学的再电离。第一颗超新星的重元素被第二代恒星吸收的情况有很多种，但宇宙学模拟只在最大尺度上模拟它们。我们提出了小规模的，高分辨率的模拟化学富集的原始晕附近的超新星部分蒸发后的祖星。我们发现，从爆炸喷出物碰撞和混合激烈的烧蚀流赶走晕的恒星，创造密集，丰富的团块能够崩溃成流行II星。金属可能与部分暴露的晕核心混合效率较低，因此它可能形成Pop III或Pop II恒星。因此，如果喷出物没有从晕中剥离出所有的气体，那么波普II和III星都可能在碰撞后形成。爆炸前晕的部分蒸发对超新星后来的富集至关重要。
2017-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Feedback Regulated Turbulence, Magnetic Fields, and Star Formation Rates in Galactic Disks
利用三维磁流体动力学（MHD）模拟研究了恒星形成反馈调控下星系盘的准平衡态。我们将通过随时间变化的加热速率和超新星（SN）爆炸的影响，从恒星反馈。我们发现，在我们的模拟磁盘迅速接近一个准稳态，满足垂直动力学平衡。恒星形成率（SFR）表面密度自我调整，以提供与气体重量相匹配的垂直方向的总动量通量（压力）。我们通过测量每个压力分量的反馈产量η_c \equiv P_c/η_SFR（以适当的单位）来量化反馈效率。HD和MHD模拟的湍流和热反馈产额是相同的，η_th~1和η_ turb~4，与理论预期一致。在MHD模拟中，湍流磁场由湍流快速产生，并且在对应于η_mag，t~1的水平处饱和。磁场的存在增强了总反馈产率，并因此降低了SFR，因为可以以较小的SFR提供相同的垂直支撑。我们建议进一步的数值校准和观测测试的反馈产量。
2015-10-30 astro-ph.GA
The formation of supermassive black holes from Population III.1 seeds. III. Galaxy evolution and black hole growth from semi-analytic modelling
本文在星系形成半解析模型中实现星族III.1超大质量黑洞种子机制，通过对比不同隔离距离和种子模型，发现局域星系与黑洞质量函数等观测约束要求隔离距离小于75 kpc。
2025-07-18 astro-ph.GA
RIGEL: Feedback-regulated cloud-scale star formation efficiency in a simulated dwarf galaxy merger
Tsinghua University（清华大学）；University of Bologna（博洛尼亚大学）；INAF, Astrophysics and Space Science Observatory Bologna（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天文与空间科学观测站）；Institute for Advanced Study, Tsinghua University（清华大学高等研究院）；Universität Heidelberg（海德堡大学）；The University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；York University（约克大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
RIGEL研究了矮星系合并中云尺度恒星形成效率受局部恒星反馈调节的影响，发现合并通过气体积累和压缩促进恒星形成，同时减少云与团的空间去相关性。
2025-10-23 astro-ph.GA
Super-Eddington Growth Ceiling: Analytic Constraints on the Rapid Growth of Light-Seed Black Holes in Massive Clumps
Astronomical Institute, Graduate School of Science, Tohoku University（东北大学理学研究科天文学研究所）
该研究通过解析分析和模拟，探讨了轻种子黑洞在大质量团块中通过超埃德蒙顿期快速增长的可行性，发现其增长受限于密度和温度条件，并指出超大质量种子的形成可能需要其他途径。
2025-06-24 astro-ph.GA
Vertical Equilibrium, Energetics, and Star Formation Rates in Magnetized Galactic Disks Regulated by Momentum Feedback from Supernovae
最近的流体动力学（HD）模拟表明，星系盘演化达到定义明确的统计平衡态。恒星形成率（SFR）自我调节，直到恒星形成反馈的能量注入平衡星际介质（ISM）中的耗散和冷却，并提供垂直压力支持以平衡重力。在本文中，我们扩展了我们以前的模型，允许一系列的初始磁场强度和配置，利用三维，磁流体动力学（MHD）模拟。我们表明，准稳态平衡态的建立迅速的MHD HD模型，除非初始磁场是非常强或非常弱，这需要更多的时间达到饱和。值得注意的是，初始磁能变化两个数量级的模型接近相同的渐近状态。在基准模型的完全饱和状态下，积分能量比例E_kin：E_th：E_mag，t：E_mag，o为0.35：0.39：0.15：0.11，而中平面支撑的比例P_turb：P_th：E_mag，t：E_mag，o为0.49：0.18：0.18：0.15。总有效压力的垂向分布满足与各高度总气体重量的垂向动力平衡。我们测量了每个压力分量的“反馈产额”η_c=P_c/η_th_SFR（适当的单位），发现η_turb~4和η_th~1与以前的HD模拟相同，而η_mag，t~1。这些收益率可以用来预测的平衡SFR的一个局部地区的星系的基础上，它观察到的气体和恒星的表面密度和速度色散。当ISM重量（或动态平衡压力）固定时，湍流磁场导致的$η$增加会使预测的HMF_SFR相对于HD情况降低约25%。
2015-10-30 astro-ph.GA
ACORN I. Massive Black Hole Seeding and Tidal Disruption Events from Star Clusters in Cosmological Simulations
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；UCLA（加州大学洛杉矶分校）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Universidade de Santiago de Compostela（圣地亚哥德孔波斯特拉大学）；University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；Northwestern University（西北大学）；University of Florida（佛罗里达大学）
该研究提出基于星团失控碰撞的MBH种子模型，应用于5σ过密区模拟，提升MBH并合率与LISA事件率，改善低质量星系MBH标度关系，加速早期MBH增长。
2026-10-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Primordial Black Holes as Seeds for Extremely Overmassive AGN Observed by JWST
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Weinberg Institute for Theoretical Physics, Texas Center for Cosmology and Astroparticle Physics, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校温伯格理论物理研究所、德州宇宙学与天体粒子物理中心）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文研究所）；Universität Heidelberg, Zentrum fur Astronomie, Institut für Theoretische Astrophysik（海德堡大学天文学中心理论天体物理研究所）；Department of Astronomy, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系）；Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）；Arnold Sommerfeld Center, Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学阿诺德·索末菲理论物理中心）
研究通过高分辨率模拟表明，大规模原初黑洞可通过反馈调节形成极端高红移系统，解释了JWST观测到的Abell 2744-QSO1的特殊性质。
2026-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Little Red Dots and Supermassive Black Hole Seed Formation in Ultralight Dark Matter Halos
University of Seoul（首尔大学）；Jungwon University（中原大学）
该研究探讨了超轻暗物质晕中超大质量黑洞种子的形成机制，揭示了在特定温度阈值下气体坍缩形成特征质量为10^5 M_sun的黑洞种子，并解释了小红点为嵌入高温电离气体云中的黑洞。
2026-08-26 astro-ph.GA
Chasing the observational signatures of seed black holes at z > 7: candidate statistics
10^9-10^10兆太阳质量的超大质量黑洞（SMBH）在大约13 Gyr前就已经存在了，z>6。低质量BH种子（~100 Msun）的超爱丁顿生长或~10^5 Msun种子的不太极端的吸积最近被认为是这些SMBH的主要可行途径。在这里，我们研究这些SMBH祖细胞在z~6的统计。低质量和高质量的种子和它们的宿主星系的生长一直使用宇宙学数据约束模型GAMETE/QSOdust，它再现了高z类星体，如SDSS J1148+5251的观测特性。我们发现，这两个种子形成通道可以在类似的红移范围内（15 < z < 18）起作用，并且可以在质量相当的暗物质晕中发现，质量约为5 × 10^7 Msun。然而，只要系统孤立地演化（即没有合并发生），它们的性质就会出现明显的差异：在z>= 10的星系中，拥有高质量种子的星系具有较小的恒星质量和金属丰度，BH以更高的速率吸积气体，恒星形成的效率低于低质量种子宿主。当z<10时，这些差异逐渐消失，因为系统经历了小的或大的合并，并且BH起源的每一个痕迹都丢失了。
2017-11-28 astro-ph.GA
Formation of super-massive black holes in galactic nuclei I: delivering seed intermediate-mass black holes in massive stellar clusters
超大质量黑洞（SMBH）存在于大多数星系核中。这些核中有相当一部分还包含围绕SMBH的核星团（NSC）。在本文中，我们认为，NSC的形式首先，从合并的几个星团，可能包含中等质量黑洞（IMBHs）的想法。这些IMBH随后可以在NSC中生长并形成SMBH。我们对三个星团同时合并形成一个NSC进行了$N$体模拟，并研究了包含零个、一个、两个和三个IMBH的模拟运行的结果。我们发现，IMBHs可以有效地下沉到合并集群的中心。如果多个合并星系团包含一个IMBH，我们发现一个IMBH双星很可能形成，并随后合并的引力波发射。我们发现，这些合并是由与周围恒星的动力学相互作用催化的，这种相互作用系统地硬化了双星并增加了其轨道偏心率。当两个IMBH的质量比为$q\gtrsim 0.15$时，种子SMBH将被反冲踢出NSC。如果种子被排出，则在NSC中不会形成SMBH。这是一个自然的途径来解释那些包含NSC但显然缺乏SMBH的星系核，如M33。然而，如果IMBH被保留下来，那么它可以通过气体吸积和恒星的潮汐破裂来播种SMBH的生长。
2021-01-12 astro-ph.GA
The early growth of supermassive black holes in cosmological hydrodynamic simulations with constrained Gaussian realizations
在宇宙学流体动力学模拟中，采用不同的黑洞播种方案研究了超大质量黑洞的早期生长。采用约束高斯实现，我们重建的初始条件，在大容量的BlueTides模拟和运行它们的$z=6$交叉验证，该方法再现的第一类类星体及其环境。我们的约束模拟在体积的$(15\, h^{-1}{\rm Mpc})^3$成功地恢复大尺度结构的演变和恒星和BH质量附近的$\sim10^{12}\, M_{\odot}$晕，我们确定在蓝潮在$z\sim7$托管$\sim10^9\, M_{\odot}$ SMBH。在我们的约束模拟中，只有在初始条件下具有低潮场和高密度峰的模拟才能诱导解释$z>6$类星体所需的最快BH增长。我们用不同BH种子质量的$5\times10^3$、$5\times10^4$和$5\times10^5\, h^{-1}M_{\odot}$运行两组模拟，（a）具有相同的晕圈与BH种子质量的比率，以及（b）具有相同的晕圈阈值质量。在$z=6$，所有SMBH在质量上收敛到$\sim10^9\, M_{\odot}$，除了（b）中具有最小种子的SMBH经历临界BH生长并达到$10^8$ - $10^9\, M_{\odot}$，尽管（b）中的大部分生长与组（a）相比延迟。在小种子方案中发现了8个BH合并（4个在$z>12$处有质量为$10^4$- $10^6\, M_{\odot}$），在中等种子方案中…
2020-05-27 astro-ph.GA
Dwarf Active Galactic Nuclei from Variability for the Origins of Seeds (DAVOS): Properties of Variability-Selected AGNs in the Dark Energy Survey Deep Fields
本文利用DES深场光学变率选活动星系核样本，研究黑洞质量与宿主星系恒星质量关系，发现低质量端黑洞质量偏高，为早期黑洞种子机制和共同演化反馈提供约束。
2025-03-09 astro-ph.GA
Effects of spin on constraining the seeds and growth of $\gtrsim 10^9M_\odot$ supermassive black holes in $z>6.5$ Quasars
在红移为$z>6$的$\gtrsim10^9M_\odot$超大质量黑洞（SMBHs）的存在提出了这样的SMBHs如何在宇宙时间（$<1$ \，Gyr）内从小种子黑洞成长的问题。在这封信中，我们使用的$14$类星体在$z>6.5$的质量估计，以限制它们的种子和早期的增长，通过自洽考虑的自旋演化和超爱丁顿吸积的可能性。我们发现自旋在早期SMBH的生长中起着重要的作用，并且对种子质量和超爱丁顿吸积分数的约束强烈地依赖于假设的吸积历史。如果吸积与单个（或少量）事件相干，导致大部分吸积时间的高自旋，那么SMBH增长相对缓慢;如果吸积是混沌的，有许多事件，并且在每个事件中，总吸积质量远小于SMBH质量，导致中等/低自旋，那么增长相对较快。对种子质量和超爱丁顿吸积分数的约束是退化的。如果种子质量不是$\gg10^{5}M_\odot$，则需要超爱丁顿吸积的显著分数（对于$10^3-10^4 M_\odot$种子，线性尺度中的$\gtrsim0.1\%-1\%$但对数尺度中的$\sim 3-4$ dex），并且如果吸积是混沌的，则适度放宽对高种子质量和/或超爱丁顿吸积分数的要求。
2020-11-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Seeds Don't Sink: Even Massive Black Hole "Seeds" Cannot Migrate to Galaxy Centers Efficiently
早期宇宙中超大质量黑洞的可能形成场景包括通过超级爱丁顿吸积或失控合并从质量较小的种子黑洞（BH）快速增长，但这两种场景都需要种子黑洞通过动力学摩擦有效地下沉并被困在银河系中心。这可能是不正确的，为他们的复杂的动力学在clusional高$z$星系。在这项工作中，我们研究这个“下沉问题”与国家的最先进的高分辨率宇宙学模拟，结合直接$N$体集成种子BH轨迹和后处理随机生成的测试粒子与新开发的动态摩擦估计。我们发现种子BH的质量小于$10^8\,M_\odot$（即，除了已经超大质量的种子外，所有的种子）都不能有效地在典型的高$z$星系中下沉。我们还讨论了两种可能的解决方案：大幅增加种子的数量，使一个种子可以最终被困在银河系中心的机会，或种子BH被嵌入在密集的结构（如星团）与有效质量以上的质量阈值。我们将讨论这两种解决方案的局限性。
2021-09-17 astro-ph.GA astro-ph.HE
Dwarf galaxy formation with H2-regulated star formation
我们描述了宇宙学星系形成模拟与自适应网格细化代码恩佐，将恒星形成处方调节的分子氢的本地丰度。我们发现，这种H2调节的处方导致在z>4的低质量晕（M_h < ~10^10 M_sun）中恒星形成的抑制，减轻了理论星系形成模型所面临的一些矮星系问题。H2调节直接改变了冷气体的恒星形成效率，而不是通过“超新星反馈”间接减少冷气体含量。我们确定本地H2丰度在我们最精细的网格细胞（76适当的秒差距大小在z=4）通过应用模型的Krumholz，McKee，和Tumlinson，这是基于理想化的1D辐射转移计算H2的形成-解离平衡在~100 pc的原子-分子复合物。我们的H2调节模拟能够再现经验（虽然较低的z）Kennicutt-Schmidt关系，包括低Sigma_气体截止由于从原子到分子相的过渡及其金属丰度的依赖性，而不使用明确的密度阈值在我们的恒星形成处方。我们比较的光度函数，恒星质量密度和恒星形成率密度从我们的模拟最近的观测测定相同的z=4-8的演变，并找到两者之间的合理协议。
2012-03-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Formation of supermassive black hole seeds
在$z>6$上对类星体的探测揭示了数十亿太阳质量的超大质量黑洞的存在。这些极端天体的快速形成过程仍然是一个迷人而开放的问题。这样的发现意味着种子黑洞必须在早期形成，并通过快速吸积或BH/星系合并而成长。在这篇理论综述中，我们详细讨论了各种BH种子的形成机制和在其组装过程中发挥的物理过程。我们讨论了三个最流行的BH形成的情况下，涉及（i）大质量恒星的核心崩溃，（ii）致密的核星团的动力学演化，（iii）的原银河系的无金属气体云的崩溃。本文旨在对该领域最先进的研究进行广泛的介绍和概述。
2016-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Confronting Outflow-Regulated Cluster Formation Model with Observations
理论上，原恒星外流已经被证明能够在形成星团的团块中维持超音速湍流，并使每一个自由落体时间的恒星形成率低至百分之几。我们的目的是检验这个外流调节的团簇形成模型的两个基本预测，即（1）团簇应该接近维里平衡和（2）湍流耗散率应该由外流动量注入率平衡，使用最近的外流调查对附近的8个团簇形成的团簇（B59、L1551、L1641 N、巨蛇座主云、巨蛇座南、$ρ$ Oph、IC 348和NGC 1333）。我们发现，几乎所有的来源，团块接近维里平衡和外流动量注入率超过湍流动量耗散率。此外，流出动能是显着小于块重力能的中间和大规模的块与$M_{\rm cl} \gtrsim {\rm a \ few} \times 10^2 M_\odot$，这表明流出反馈是不足以分散作为一个整体的块。观测到的原恒星的数量也表明，每一个自由落体时间的恒星形成率对于所有的团块来说都是很小的，只有几个百分点。这些基于观测的结果加强了外流调节团簇形成的情况。
2014-01-21 astro-ph.GA astro-ph.SR
Impact of gas based seeding on supermassive black hole populations at $z\geq7$
破解超大质量黑洞~（SMBHs）的形成是即将到来的观测设施的一个关键科学目标。在迄今为止提出的大多数理论通道中，种子的形成关键取决于局部气体条件。我们系统地描述了一系列基于气体的黑洞播种处方对SMBH人口的宇宙学模拟的影响。质量为$M_{\mathrm{seed}}\sim 10^3-10^{6}~M_{\odot}/h$的种子被放置在超过恒星形成临界阈值的晕中，贫金属气体质量和晕质量（分别定义为$\tilde{M}_{\mathrm{sf,mp}}$和$\tilde{M}_{\mathrm{h}}$，单位为$M_{\mathrm{seed}}$）。我们量化了这些参数对$z\geq7$ SMBHs性能的影响。较低的种子质量产生高得多的BH合并率（分别通过$z\sim7$和$z\sim15$的$\sim10$和$\sim1000$的因子）。对于固定的种子质量，我们发现，$\tilde{M}_{\mathrm{h}}$具有最强的影响BH人口在高红移（$z\gtrsim15$，其中$\tilde{M}_{\mathrm{h}}$增加10倍抑制合并率由$\gtrsim 100$）。在较低的红移（$z\lesssim15$），我们发现$\tilde{M}_{\mathrm{sf,mp}}$对BH布居有较大的影响。增加$5-150$中的$\tilde{M}_{\mathrm{sf,mp}}$可…
2021-11-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Science with an ngVLA: Local Constraints on Supermassive Black Hole Seeds
确定第一个超大质量黑洞的形成和生长机制是河外天体物理学的首要任务之一。观测线索可以从附近低质量星系中大质量黑洞（太阳质量在1万到100万之间）的人口统计中推断出来。下一代甚大阵列（ngVLA）科学书的这一章描述了ngVLA如何在开发低质量星系（接近1 Gpc）中弱吸积活动星系核的大型样本中发挥突出作用，这将有助于限制最初播种超大质量黑洞生长的对象类型。
2018-10-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
How do Massive Primordial Black Holes Impact the Formation of the First Stars and Galaxies?
本研究通过高分辨率模拟揭示，大质量原初黑洞作为种子可加速高红移结构形成，其反馈效应调节吸积，并在特定条件下促进早期恒星形成，为解释极端超大质量黑洞提供新途径。
2025-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fluctuating feedback-regulated escape fraction of ionizing radiation in low-mass, high-redshift galaxies
低质量星系被认为提供了宇宙再生所需的大部分电离辐射。逃离星系的光子数量在理论上没有得到很好的限制，也很难通过观测来测量。然而，它是再电离模型的一个基本参数。我们详细研究了电离辐射如何从高红移星系泄漏。为此，我们使用了一系列高分辨率的辐射流体动力学模拟，在宇宙学背景下放大三个矮星系。我们发现，从超新星爆炸的能量和动量输入有一个调节逃逸分数的关键作用，通过破坏致密的恒星形成团块，并清除在晕视线。在没有超新星的情况下，光子被吸收得非常局部，在大质量恒星的诞生云中。我们遵循逃逸分数的时间演化，并发现它可以变化超过六个数量级。这解释了先前研究发现的逃逸分数值的大分散性。这种快速的变化也影响了再电离源的可观测性：即使像$M_{\rm UV} = -14$这样深的调查也会错过大约一半的莱曼连续辐射源。
2017-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic String Loops as the Seeds of Super-Massive Black Holes
最近发现的超大质量黑洞在高红移表明一个可能的紧张局势与标准的Lambda CDM范式的早期宇宙学，有困难的解释所需的非线性紧凑的种子，触发这些超大质量黑洞的形成的起源。在这里，我们表明，宇宙弦循环，导致从一个缩放的解决方案中形成的字符串在非常早期的宇宙相变导致一个额外的来源紧凑的种子。弦诱导的种子的数密度在高红移处占主导地位，可以帮助触发所观察到的超大质量黑洞的形成。
2015-07-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Effect of Primordial Non-Gaussianities on the Seeds of Super-Massive Black Holes
在基于高斯原始扰动的早期宇宙学标准$ΛCDM$的背景下，发展成为观测到的高红移超大质量黑洞的种子的起源可能很难解释。在这里，我们考虑修改晕质量函数通过引入偏度和峰度的原始波动。我们表明，这种原始的非高斯约束的当前观测界的非线性参数的$f_{NL}$和$g_{NL}$是不是有效的大大增加种子的数量密度，可以发展成超大质量黑洞在高红移。这与宇宙弦环在孕育超大质量黑洞中所扮演的角色形成对比。
2015-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
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
Detecting the Birth of Supermassive Black Holes Formed from Heavy Seeds
在本白皮书中，我们探索了识别和研究早期宇宙中由重种子（$\mathrm{M_{\bullet}} \sim 10^4 - 10^6 \, \mathrm{M_{\odot}}$）形成的超大质量黑洞所需的能力。为了获得对重粒子的明确探测，我们需要探测$\sim 10^{5-6} \, \mathrm{M_{\odot}}$在红移$z \gtrsim 10$的质量尺度。从这个理论的角度来看，我们审查的观测要求，以及它们如何比较计划/拟议的仪器，在红外线，X射线和引力波领域。总之，在未来十年内在$z \gtrsim 10$探测重黑洞种子将具有挑战性，但根据目前的理论模型，即将推出/拟议的设施是可行的。它们的发现对于理解宇宙的早期历史以及迄今为止的演化至关重要。揭开黑洞的曙光肯定会是天文学界未来十年关注的重点任务之一。
2019-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing the formation of the seeds of supermassive black holes with gravitational waves
在10万到10万太阳质量之间的中间质量范围内存在黑洞，填补了恒星和超大质量黑洞之间的空白，这是解释红移高达7的发光类星体起源的一个关键预测。要在不到10亿年的时间里形成10亿个太阳大小的巨型黑洞是绝对困难的。这导致了种子黑洞的概念。它们是在宇宙黎明时形成的高红移中等质量黑洞。种子是一个短暂的群体，后来通过吸积和合并的事件变得庞大。在这一章中，我们将探索发现种子黑洞的可能性，并通过探测它们在合并时（即它们配对形成近距离双星时）发出的引力波信号来跟踪它们在整个宇宙时期的生长。我们表明，欧空局的LISA任务的低频引力波的检测将是至关重要的，在授予这一见解。引力波在宇宙中畅通无阻地传播，并携带着关于合并中的黑洞的质量和自旋的精确信息。为此，我们介绍了双星引力波发射的关键概念，简要描述了它们在晕合并和星系碰撞过程中的形成途径。
2018-07-17 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
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
提出了$z\gtrsim 1$上局域早型星系（ETGs）恒星形成祖星中超大质量黑洞（BH）种子生长的新机制。这设想的迁移和合并的恒星紧凑的残余物（中子星和恒星质量的黑洞）通过气体动力学摩擦向中央的高密度区域的星系。我们表明，在合理的假设和初始条件下，该过程可以建立中央BH质量的顺序$10^4-10^6\, M_\odot$在一些$10^7$年，因此有效地提供重种子之前，标准盘（类爱丁顿）吸积接管，成为进一步BH增长的主导过程。值得注意的是，当宇宙$\lesssim 0.8$ Gyr的年龄构成了一个苛刻的限制时，这种机制可能为$z\gtrsim 7$类星体宿主中数十亿太阳质量BH的积累提供一种解释，而不是超爱丁顿吸积速率;此外，本发明还在红移$z\sim 2-6$的更常见的ETG祖细胞中，即使在短时间内的中等爱丁顿比$\lesssim 0.3$下，恒星形成持续时间$\lesssim$ Gyr。最后，我们探讨了未来的地面和空间探测器，如爱因斯坦望远镜（ET）和激光干涉仪空间天线（LISA）通过引力波发射检测迁移的恒星残骸和积累的中央超大质量BH之间的合并事件的前景。
2020-02-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
The self-regulated AGN feedback loop: the role of chaotic cold accretion
超大质量黑洞的吸积和反馈在星系、星系团和星系团的演化过程中起着重要的作用。我回顾活动星系核的反馈是如何紧密耦合的多相气体的形成和新探测的混沌冷吸积（CCA）。在湍流和加热的大气中，冷云和kpc尺度的细丝通过热不稳定性从等离子体中凝结出来，并朝着黑洞下雨。在原子核中，冷云、暗条和中央环面之间经常发生的混沌碰撞促进了角动量的抵消或混合，使吸积速率达到邦迪速率的100倍。快速的变化触发了强大的活动星系核外流，这熄灭了冷却流和恒星的形成，而不会破坏冷核心。活动星系核的加热抑制了多相气体和吸积的形成，反馈减弱，热晕再次冷却，重新开始新的循环。最终，CCA通过紧密的自我调节反馈在黑洞和整个宿主之间建立了一种共生联系，使气体晕在整个宇宙时间内保持全球热平衡。
2015-11-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Early black-hole seeds in the first billion years
拥有十亿太阳质量的超大质量黑洞已经存在于第一个Gyr中，然而，在如此短的时间内，它们的起源和成长是非常具有挑战性的。本文讨论了早期黑洞种子的形成途径，指出了恒星起源的轻黑洞种子的极限，以及在特殊的原始条件下气体直接坍缩产生的重/大质量黑洞种子的预期特征。为了对可能的候选者和环境介质的作用得出结论，我们使用N体流体动力学模拟的结果，包括原子和分子非平衡丰度计算，冷却，恒星形成，反馈机制，恒星演化，SNII，AGB和SNIa中几种重元素的金属扩散，和多频辐射转移超过150个频率耦合到化学和SED发射的popII-I和popIII恒星源。标准的恒星起源的轻黑洞不太可能是早期超大质量黑洞的可靠种子，因为在现实的假设下，它们不可能在不到10亿年的时间内显著增长。另外，大质量黑洞的种子可能来自原始静止的小晕中原始气体的直接坍缩，这些小晕暴露在附近恒星形成区的恒星辐射下。形成这些重粒子所需的必要条件必须辅之以关于当地环境的复杂特征和化学演变与辐射转移之间的精细平衡的信息。
2020-06-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Strong magnetic fields and large rotation measures in protogalaxies by supernova seeding
我们提出了一个模型的播种和演化的磁场在原星系。超新星（SN）爆炸在原星系的组装提供磁种子场，随后被放大的压缩，剪切流和随机运动。我们实现的模型到MHD版本的宇宙学N-体/ SPH模拟代码GADGET和我们耦合的磁性播种直接到底层的多相描述的恒星形成。我们使用标准的LCDM宇宙学模拟了类银河星系晕的形成，并分析了随后演变的磁场的强度和分布。在典型的SN遗迹中，给定典型的尺度和磁场强度，一个偶极形的无发散磁场以10^{-9}G / Gyr的速率注入恒星形成区域。随后，磁场强度在几千万年的时间尺度上呈指数增长。当红移z=0时，整个星系晕都被磁化，磁场振幅在晕中心约为几个$μ$ G，在维里半径处约为10^{-9} G。此外，我们还分析了形成中的星系晕的内禀自转测度（RM）随红移的变化。平均晕内禀RM在红移z=4和z=2之间达到峰值，并在1000 rad m^{-2}附近达到绝对值。当晕向红移z=0维里化时，内禀RM值下降到平均值低于10 rad m^{-2}。在高红移时，个别恒星形成区的分布，以及因此而产生的磁化区是广泛的。在我们的银河系磁场演化模型中，种子磁场的幅度和分布不再是一个自由参数，而是由宇宙结构形成过程中的恒星形成过程自洽地决定的。
2013-08-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmological simulations of massive black hole seeds: predictions for next generation electromagnetic and gravitational wave observations
在结构形成的宇宙学模拟中，我们研究了超大质量黑洞的统计性质如何依赖于质量种子形成的频率和条件。我们开发了一种新的方法来重新计算详细的生长历史和合并树的黑洞的Illustris模拟的框架内的几个种子形成模型，包括一个物理动机的模型，黑洞种子只形成在祖星系，符合直接坍缩黑洞形成的条件。虽然这里考虑的所有种子模型是在一个广泛的协议与目前的观测约束黑洞人口从光学，紫外线和X射线的研究，我们发现，它们导致广泛不同的黑洞数密度和晕占据分数，目前观测不受约束。在未来的电磁波谱观测中，暗端类星体的光度函数和低质量端黑洞-宿主星系的标度关系对特定的质量种子处方非常敏感。具体而言，直接坍缩模型表现出播种效率迅速下降，宇宙时间和产生更少的黑洞在低质量星系，在原来的Illustris模拟。我们进一步发现，总的黑洞合并率的变化超过一个数量级的不同的种子模型，啁啾质量的红移演化的变化以及。超大质量黑洞合并探测与LISA和国际脉冲星定时阵列，因此可能提供最直接的手段，限制大质量黑洞种子形成的早期宇宙。
2021-07-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
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
A two-phase model of galaxy formation: IV. Seeding and growing supermassive black holes in dark matter halos
Nanjing University（南京大学）；Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics, Nanjing University, Ministry of Education（南京大学现代天文与天体物理教育部重点实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Department of Astronomy, University of Massachusetts, Amherst（美国马萨诸塞大学阿默斯特分校天文学系）
本文提出一个理论框架，研究在暗物质晕的组装历史中播种和生长超大质量黑洞的过程，通过核爆发和合并等机制，探讨黑洞与星系的共同演化。
2026-11-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
