From Exoplanets to Quasars: Detection of Potential Damped Lyman Alpha Absorbing Galaxies Using Angular Differential Imaging
角微分成像（ADI）的优势，以前没有测试的阻尼莱曼α（DLA）系统的主星系成像。在这项试点研究中，我们提出了ADI的第一个应用程序，直接成像的DLA的宿主星系看到类星体J1431+3952。在Gemini North望远镜上利用自适应光学系统和激光导星获得了J1431+3952周围视场的K波段成像。我们计算了一条灵敏度曲线，该曲线展示了我们观测的灵敏度作为K波段震级、碰撞参量和DLA角大小的函数。对于碰撞参量为0.5”（吸收体红移时为3.4 kpc），我们的质量灵敏度为log（M_star/M_sun）~ 9.2，对于最小尺寸的模型星系，在距离超过~ 6 kpc时下降到~ 9.0。三个候选星系被确定在5”以内。由K波段测光结果计算出的恒星质量log（M_star/M_sun）分别为9.9、9.7和11.1。讨论了吸收星系的可能识别，并得出结论：具有最大碰撞参量和最大恒星质量的星系不可能是宿主星系，这是基于它与N（HI）碰撞参量关系的不一致性和光度红移的不一致性。虽然我们不能区分其余两个候选人作为DLA主机，我们注意到，尽管低自旋温度和相对较高的金属DLA的主机似乎并不是一个特别明亮的（高质量）星系。
2016-09-01 astro-ph.GA
The First Luminous Quasars and Their Host Galaxies
红移高达7.5的发光类星体的发现表明，在宇宙大爆炸后不到10亿年的时间里，存在着数十亿个太阳质量的超大质量黑洞。它们伴随着宿主星系中激烈的恒星形成，精确定位了早期宇宙中大规模星系组装的地点，而它们的吸收光谱揭示了再电离时期中性星系际介质（IGM）的增加。从z=5-7处类星体密度的快速演化推断，我们预计在整个可观测宇宙中z~9处只有一个由10亿M_sun SMBH提供能量的发光类星体。在接下来的十年里，新的宽视场、深近红外（NIR）巡天将把红移前沿推到z~9-10的第一批发光类星体;与新的深X射线巡天相结合，将探测更暗的类星体种群，追踪SMBH生长的早期阶段。这些破纪录的类星体的识别，以及它们的BH质量和吸积特性的测量，需要下一代地面和空间望远镜在近红外波长进行灵敏的光谱观测。近红外的高分辨率积分场光谱学，以及毫米和无线电波长的观测，将共同提供类星体宿主星系及其宇宙黎明时的星系环境的全色视图，将SMBH的增长与最早的大质量星系的崛起联系起来。对最早期发光类星体的系统调查和多波长跟踪观测将有力地限制宇宙中第一批SMBH的播种和生长，并为研究再电离历史提供最佳视线。
2019-03-10 astro-ph.GA
Pōniuā'ena: A Luminous $z=7.5$ Quasar Hosting a 1.5 Billion Solar Mass Black Hole
我们报告了在$z=7.515$（“Pōniu 'ena”）发现的发光类星体J1007+2115，来自我们的宽场再电离时代类星体调查。J1007+2115是$z>7.5$现在已知的第二个类星体，深入到再电离时期。这颗类星体是由$(1.5\pm0.2)\times10^9$ $M_{\odot}$超大质量黑洞（SMBH）提供动力的，这是基于双子座和凯克近红外光谱仪的宽MgII发射线轮廓。J1007+2115中的SMBH质量是$z=7.54$中类星体J1342+0928的两倍，$z=7.54$是目前类星体红移记录的保持者。在大爆炸后仅7亿年就存在如此巨大的SMBH，这对最早SMBH增长的模型提出了重大挑战。模型假设Eddington限制吸积和0.1的辐射效率需要一个黑洞的种子$\gtrsim 10^{4}$在$z=30$ $M_{\odot}$。这一要求表明，要么是由于直接坍缩而产生的大质量黑洞种子，要么是早期快速黑洞增长的超爱丁顿吸积和/或低辐射效率。在J1007+2115的Ly $α$谱线轮廓上测量了中性氢在星系际介质（IGM）中的吸收所留下的阻尼翼特征，发现它比J1342+0928和另外两个$z\gtrsim7$类星体的弱.我们估计IGM体积平均中性分数$\langle x\rm_{HI}\rangle=0.39^{+0.22}_{-0.13}$。这一数值范围表明，不同IGM视线方…
2020-06-24 astro-ph.GA
A 17-billion-solar-mass black hole in a group galaxy with a diffuse core
类星体与物质在大质量黑洞上的吸积有关，并由物质吸积提供动力;对红移大于z = 6的高亮度类星体的探测表明，130亿年前就已经存在了高达100亿太阳质量的黑洞。在狮子座和后发座星系团中心的星系NGC 3842和NGC 4889中发现了这群活跃黑洞的两个可能的休眠后代，它们共同形成了长城的中心区域-最大的星系局部结构。然而，最明亮的类星体并不局限于早期宇宙的高密度区域;然而，在现代富裕的星系团之外，还没有发现如此高质量的休眠黑洞。在这里，我们报告的恒星速度分布的星系NGC 1600 -一个相对孤立的椭圆星系的中心附近的星系群在距离地球64兆秒差距的观测。我们使用轨道叠加模型来确定NGC 1600中心的黑洞的质量为170亿太阳质量。NGC 1600中心附近恒星的空间分布相当分散。我们发现，在大质量椭圆星系的核心，耗尽的恒星密度的区域延伸的半径与中央黑洞的引力影响范围相同，并解释为黑洞的动力学印记。
2016-04-05 astro-ph.GA
A Metal-Strong and Dust-Rich Damped \lya Absorption System toward the Quasar SDSS J115705.52+615521.7
（arXiv的摘要）我们报告了一个不寻常的，非常丰富的灰尘和金属强阻尼\lya吸收系统（DLA）的发现，在一个红移$z_{a}=2.4596$向类星体SDSS J 115705.52 +615521.7（以下简称J 1157 +6155）与发射线红移$z_{e}=2.5125$。它的中性氢柱密度$N_{\hi} = 10^{21.8\pm0.2}$ cm $^{-2}$是类星体DLAs中测量到的最高值之一。测得的金属柱密度为$N_{ZnII}\approx 10^{13.8}$ cm $^{-2}$，约为先前观测到的类星体DLA中最大值的1.5倍。最佳拟合曲线是类似MW的定律，在吸收体的静止坐标系中具有以2175 μ m为中心的显著的宽特征。在类星体DLAs中测得的消光$A_V \approx 0.92$ mag是前所未有的高。经过消光校正后，类星体的$i$波段绝对星等高达$M_{i} \approx -29.4$等，使其成为已知最明亮的类星体之一。这一发现表明，存在一个罕见的但重要的人口富含尘埃的DLAs与高金属和高柱密度，这可能有重大影响的中性气体质量密度和金属丰度的宇宙演化的测量。
2012-11-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Formation of Submillimetre-Bright Galaxies from Gas Infall over a Billion Years
高红移的亚毫米光度星系是宇宙中最明亮、大量恒星形成的星系，其特征是在850微米（S850 > 5 mJy）的远红外线中有惊人的发射。它们存在于~ 10^13 Msun的晕中，与红移相当的主序星盘相比，气体含量较低，环境复杂，在光学波长下不易观察到。它们的物理起源尚不清楚。模拟已经能够形成具有必要光度的星系，但无法同时匹配恒星质量，恒星形成速率，气体分数和环境。在这里，我们报告的宇宙流体动力学星系形成模拟，能够形成一个亚毫米星系，同时满足广泛的观测到的物理约束。我们发现居住在大质量暗物质晕中的星系群有上升的恒星形成历史，在z=2-3时的集体速率达到峰值~ 500-1000 Msun/yr，到那时，星际介质中的金属已经足够丰富，该区域可以被观察到亚毫米选择系统。强烈的恒星形成率部分是由早期恒星反馈的储层气体供应所推动的，而不是通过主要的合并。在占空比接近千兆年的情况下，我们的模拟表明，高z星系的亚毫米级发光阶段是一个与早期宇宙原星系团中的重大质量积累有关的阶段，并且许多亚毫米级发光星系实际上是由许多未解决的组件组成的（对此有一些观测证据）。
2015-09-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the Metallicities and Kinematics of the Circumgalactic Media of Damped Ly$α$ Systems at $z \sim 2.5$
该研究利用类星体对光谱分析z~2.5处32个阻尼Lyα系统的周星系介质，揭示了其氢柱密度分布、金属丰度离散性及运动学与寄主暗晕的关联。
2023-05-18 astro-ph.GA
HYPERION: broad-band X-ray-to-near-infrared emission of Quasars in the first billion years of the Universe
本研究构建z≳6明亮QSO从X射线到近红外的平均SED，修正3000 Å热改正为3.3，发现其紫外-光学辐射与低红移模板相符而近红外热尘埃贡献略强。
2025-02-20 astro-ph.GA
Rapid growth of seed black holes in the early universe by supra-exponential accretion
黑洞（BH）的质量吸积通常以爱丁顿速率为上限，此时辐射的推力与引力的拉力相平衡。然而，即使在爱丁顿限制的e折叠时间t_E ~几× 0.01亿年的指数增长，也太慢了，无法将恒星质量的BH种子生长成超大质量的发光类星体，当宇宙年龄为10亿年时观察到。我们提出了一个动力学机制，可以触发超指数吸积在早期宇宙中，当一个BH种子被困在一个星团由无处不在的密集冷气流。高的气体不透明度捕获了吸积辐射，而低质量黑洞的随机运动抑制了缓慢排放的吸积盘的形成。因此，超指数增长可以解释为什么大爆炸后很快就出现了超大质量黑洞，为发光类星体提供动力。
2014-10-05 astro-ph.GA
Warm Gas in the Vicinity of a Supermassive Black hole 13 Billion Years Ago
本文通过对z=6明亮类星体的高分辨率观测，探测到致密盘中的高J CO谱线发射，证实X射线加热主导CO激发且气体柱密度极高，表明高J CO谱线观测是识别早期宇宙中被尘埃严重遮蔽类星体的有效手段。
2025-03-11 astro-ph.GA
A Closer Look at Two of the Most Luminous Quasars in the Universe
超亮类星体（$M_{1450} \leq -29$）为我们提供了一个罕见的观点，以了解最大质量和最快速吸积的超大质量黑洞（SMBH）的性质。在极亮类星体巡天（ELQS）及其扩展到泛星1号足迹（PS-ELQS）中发现了其中两个极端源J 0341 ${+}$ 1720（$M_{1450}=-29.56$，$z=3.71$）和J2125 ${-}$ 1719（$M_{1450}=-29.39$，$z=3.90$）之后，我们在此对它们的静止帧紫外光谱进行了分析。这两个类星体都拥有非常巨大的SMBH，分别具有$M_{\rm{BH}}=6.73_{-0.83}^{+0.75}\times10^{9}\,M_{\odot}$和$M_{\rm{BH}}=5.45_{-0.55}^{+0.60}\times10^{9}\,M_{\odot}$，显示出超过爱丁顿极限的吸积证据（$L_{\rm{bol}}/L_{\rm{Edd}}=2.74_{-0.27}^{+0.39}$和$L_{\rm{bol}}/L_{\rm{Edd}}=3.01_{-0.30}^{+0.34}$）。NOEMA对J 0341 ${+}$ 1720的3毫米观测揭示了一个高度恒星形成（$\rm{SFR}\approx1500\,M_{\odot}\,\rm{yr}^{-1}$），超亮红外星系（$L_{\rm{TIR}}\approx1…
2020-10-27 astro-ph.GA
Galaxy growth in a massive halo in the first billion years of cosmic history
根据目前对宇宙结构形成的理解，宇宙中最大质量结构的前身在大爆炸后不久就开始形成，在宇宙密度场最大波动的区域。在这些结构的活跃生长和组装期间-宇宙的最初几亿年-观察这些结构是具有挑战性的，因为它需要足够灵敏的调查来检测遥远的星系，这些星系作为这些结构的路标，并且足够宽以捕获最稀有的物体。因此，迄今为止探测到的这类物体很少。在这里，我们报告的观测远红外发光的物体在红移6.900（小于800万年后的大爆炸），发现在一个广泛的领域调查。高分辨率成像显示，这个来源是一对极其巨大的恒星形成星系。这些星系中较大的一个正在以每年2900个太阳质量的速度形成恒星，包含2700亿个太阳质量的气体和25亿个太阳质量的尘埃，并且比任何其他已知的物体都要大，红移超过6。它的快速恒星形成可能是由它的同伴星系引发的，预计距离只有8千秒差距。这个合并的伴星拥有350亿太阳质量的恒星，恒星形成率为每年540个太阳质量，但其气体和尘埃数量级比其邻居少，物理条件类似于附近宇宙中低金属量星系中观察到的情况。这些物体表明存在一个质量超过4000亿太阳质量的暗物质晕，使其成为宇宙中最稀有的暗物质晕之一。
2017-12-08 astro-ph.GA
The Discovery of A Luminous Broad Absorption Line Quasar at A Redshift of 7.02
尽管付出了大量的努力，但由于低空间密度和普遍存在的银河系冷矮星在类星体选择中的高污染，迄今为止在$z>7$只发现了两个类星体。这限制了我们目前对超大质量黑洞（SMBH）生长机制和再电离历史的了解。在这封信中，我们报告了在$z=7.021$，DELS J003836.10 $-$ 152723.6（以下简称J 0038 $-$ 1527）发现的发光类星体，使用来自DESI遗产成像巡天（DELS），泛星1（PS1）成像巡天以及宽视场红外巡天探索（$WISE$）中红外全天空巡天的光度数据进行选择。J 0038 $-$ 1527的绝对星等为$M_{1450}$ = $-$ 27.1，辐射热光度为$L_{\rm Bol}$ =5.6 $\times$ 10 $^{13}$ $L_\odot$，是目前已知的$z>7$中最明亮的类星体。深度光学到近红外光谱观测表明，J 0038 -1527拥有一个13亿太阳质量的BH在爱丁顿极限吸积，爱丁顿比为1.25 $\pm$ 0.19。J 0038 $-$ 1527的CIV宽发射线相对于系统红移蓝移了3000 km s以上的$^{-1}$。更详细的调查，高品质的光谱显示三个极高的速度CIV宽吸收线（BALs）的速度从0.08到0.14倍的光速和总balnicity指数超过5000公里秒$^{-1}$，这表明存在相对论外流。J 0038 $-$ 1527是在…
2018-11-28 astro-ph.GA
Herschel Observations of Far-Infrared Cooling Lines in intermediate Redshift (Ultra)-luminous Infrared Galaxies
本文报道了利用赫歇尔空间天文台的SPIRE-Fourier变换光谱仪（FTS）对一个中等红移（0.2<z<0.8）（超）亮红外星系（LIR>10^11.5 Lsun）样品的[CII] 158 μ m谱线进行光谱测量的第一批结果。这是第一次调查[CII]发射，一个重要的恒星形成的示踪剂，在红移范围内，宇宙的恒星形成率密度迅速增加。我们从超过80%的样品中检测到强的[CII] 158 um线发射。我们发现[CII]线是发光的，在我们光源的远红外连续发光度的（0.8-4）× 10 ^（-3）范围内，并且似乎是从分子云表面的光解离区域产生的。我们的中间红移（U）LIRGs中的L[CII]/LIR比平均比本地ULIRG大10倍。此外，我们还发现我们的样本中的L[CII]/LIR和L[CII]/LCO（1-0）比值与局域正常星系和高z恒星形成星系相似。在z~0.5的ULIRGs表现出许多相似的本地正常和高z恒星形成星系的属性。我们的研究结果强烈表明，在过去的50亿年里，亮红外星系的恒星形成区的性质可能发生了快速演变。
2014-01-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
A JWST/NIRSpec Integral Field Unit Survey of Luminous Quasars at z ~ 5-6 (Q-IFU): Rest-frame Optical Nuclear Properties and Extended Nebulae
University of Arizona（亚利桑那大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本研究通过JWST/NIRSpec积分场单元巡天观测27个z~5-6的明亮类星体，明确其黑洞质量、爱丁顿比率等性质，发现部分天体存在高速外流与延展星云，为早期超大质量黑洞的快速增长研究提供关键依据。
2026-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The accretion of a solar mass per day by a 17-billion solar mass black hole
本文研究迄今最亮类星体，其170亿太阳质量黑洞每天吸积一个太阳质量，并探讨利用其巨大宽线区直接测量黑洞质量以检验尺寸-光度关系。
2024-02-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the formation of the first quasars
对红移z>6的最明亮类星体的观测表明，大约在120亿年前就已经存在大量超大质量黑洞（大于10^9 Msun）。此外，观测到这些黑洞所在星系的星际介质是化学成熟的系统，其金属丰度（Z>Zsun）和尘埃质量（>10^8 Msun）与更演化的本地星系相似。第一批超大质量黑洞的快速生长与宿主星系的快速化学演化之间的联系是理论模型中最令人困惑的问题之一。在这里，我们回顾了最先进的理论模型，专注于这个问题，特别强调的条件，导致形成的类星体种子和他们随后的演变在z>6。
2017-03-10 astro-ph.GA
Supermassive Black Holes in the Early Universe
在宇宙历史的第一个十亿年中，第一个黑洞的出现标志着宇宙学中的一个关键事件。它们的形成是宇宙黑暗时代结束的整个过程的一部分，当时第一批恒星在大爆炸后大约1亿年出现在低质量的暗物质晕中。第一批恒星、星系和黑洞将宇宙从简单的初始状态转变为日益复杂的状态。我们回顾了最近的进展，我们新兴的理论图片的第一个黑洞如何出现在宇宙的舞台上，以及它们如何影响随后的宇宙历史。我们的重点是超大质量黑洞，特别是评估可能的途径，以形成十亿太阳质量的黑洞推断权力的发光类星体在高红移。最后，我们讨论了即将到来的经验探测器，如詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和激光干涉仪空间天线（LISA），进一步提前的时间。
2019-04-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fast Outflow in the Host Galaxy of the Luminous z $=$ 7.5 Quasar J1007$+$2115
本文利用JWST深度积分场光谱观测z=7.5类星体J1007+2115，测得其黑洞质量与极高热光度，并发现星系尺度快速外流，其能量反馈足以影响宿主星系气体分布。
2024-09-20 astro-ph.GA
X-Ray Evidence Against the Hypothesis that the Hyper-Luminous z=6.3 Quasar J0100+2802 is Lensed
$z=6.327$类星体SDSS J010013.02+280225.8（以下简称J 0100 +2802）被认为是由一个质量比$10^{10}\ {\rm M}_\odot$更大的黑洞提供动力，使其成为宇宙最初10亿年中已知质量最大的黑洞。然而，最近的高分辨率ALMA成像显示，在这个类星体的位置有四个结构，这可能意味着它被放大了$μ\sim450$，因此它的黑洞的质量明显较小。此外，对于$z\gtrsim6$类星体放大率的潜在分布产生这样一个极端值，理论模型预测，在这个时代应该有更多的类星体被透镜化，这意味着对早期黑洞质量的进一步高估。为了对J 0100 +2802被透镜化的可能性提供一个独立的约束，我们重新分析了类星体的档案XMM-牛顿观测，并比较了X射线光度与静止帧紫外和红外光度的预期比值。对于这两种情况，J 0100 +2802的X射线通量与无透镜的情况一致;虽然这可以用J 0100 +2802是X射线微弱来解释，但我们发现它不具有X射线微弱类星体所期望的X射线或光谱特征。最后，我们比较了已知的，典型的$z\gtrsim6$类星体的X射线通量的总体分布。当采用产生$μ=450$类星体所需的放大概率分布时，我们发现观测到的和预测的X射线-UV通量比之间存在$3σ$张力。
2021-11-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
The First Billion Years of a Warm Dark Matter Universe
我们提出的宇宙学N体流体动力学化学模拟的原始结构的生长和演化的方案与温暖的暗物质（WDM）具有3千电子伏的质量（热遗迹）的结果，并与标准的冷暗物质（CDM）组成的模型进行比较。我们专注于高红移宇宙（$z>6$），在那里的结构形成过程应该更好地反映原始（线性）的差异，在物质功率谱。我们发现，早期的时代可以是特殊的探测暗物质的性质。非线性WDM的功率谱和质量函数比CDM低2倍，并在整个第一陀螺中表现出几个因子的扩展。逃逸分子冷却WDM晕的结果严重抑制，因为在大$k$模式的阻尼功率，因此宇宙（人口III和II-I）的恒星形成率（SFR）通常被抑制相对于CDM预测。在$z>10$，在WDM背景下形成的发光物体非常罕见，这是由于在黑暗时代早期WDM迷你晕的稀疏和延迟演化，它们的缺乏可以用一个简单的分析公式来拟合，只取决于震级和红移。未来对暗星系的高$z$观测有可能通过宇宙恒星质量密度（SMD）和特定的SFR来区分CDM和WDM情景。当与其他宇宙学（例如非高斯或暗能量模型）或大$z$的高阶修正（例如原始流运动或原始IMF的变化）的影响相比时，WDM引起的影响肯定更引人注目。
2014-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
A dynamical measure of the black hole mass in a quasar 11 billion years ago
本研究通过空间分辨宽线区，对110亿年前红移2的明亮类星体完成黑洞质量动力学测量，发现该黑洞质量偏低且以超爱丁顿速率吸积，揭示部分系统中星系增长快于黑洞、二者形成存在时间延迟。
2024-01-25 astro-ph.GA
Life After the Quasar: Overmassive Black Holes and Remnant Ionised Bubbles in and Around Two z~6.6 Galaxies
University of Geneva（日内瓦大学）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；University College London（伦敦大学学院）；Heidelberg University（海德堡大学）；Max Planck Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学和技术研究所）
研究发现两个z~6.6超亮Lyman-α发射体中存在超大质量黑洞，其质量比宿主恒星质量高，且电离气泡特征表明类星体活动在1Myr内停止，解释了再电离时期大电离气泡的普遍性。
2026-05-01 astro-ph.GA
Evidence for Low Radiative Efficiency or Highly Obscured Growth of $z>7$ Quasars
在所有大质量星系中心观测到的超大质量黑洞（SMBH）被认为是在遥远的过去类星体阶段通过发光吸积而生长的。流入的静止质量能量作为光发射的部分，即辐射效率，被推断为10%，与薄盘吸积模型的预期一致。但是，以$z > 7$为类星体提供动力的数十亿太阳质量SMBH的存在挑战了这一图景：如果它们遵守爱丁顿极限，就没有足够的时间从恒星残余种子中生长出$z>7$ SMBH，除非辐射效率低于10%。在这里，我们表明，人们可以限制已知的最遥远的类星体的辐射效率使用前景中性星系际气体作为宇宙尺度的电离光子计数器。根据ULAS J1120+0641（$z=7.09$）和ULAS J1342+0928（$z=7.54$）的Ly $α$吸收曲线，我们确定后验中值辐射效率分别为0.08%和0.1%，在对未知的遮蔽部分进行边缘化后，两种测量的组合排除了典型的10%效率，置信度为99.8%。这种低辐射效率意味着最早期SMBH的快速质量吸积，大大缓解了宇宙年龄和SMBH质量之间的紧张关系。然而，我们测得的效率，而不是反映几乎完全遮蔽的尘埃气体在类星体的宿主星系在绝大多数的SMBH的增长。假设在未遮蔽阶段的效率为10%，我们发现在95%的可信度下，遮蔽部分将是$>82\%$，并且意味着在$z>7$处遮蔽的$25.7^{+49.6}_{-16.5}$比未遮蔽的亮类星体群体大$25.7^{+49.6}_{-16.5}$倍…
2019-06-24 astro-ph.GA
EIGER III. JWST/NIRCam observations of the ultra-luminous high-redshift quasar J0100+2802
本研究利用 JWST/NIRCam 观测极亮高红移类星体 J0100+2802，通过光学发射线测得其中心黑洞质量约百亿太阳质量，并排除强引力透镜放大效应，挑战了现有黑洞形成模型。
2023-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Widespread steep X-ray spectra of luminous $z=5.85-7.64$ quasars and their implications for future X-ray surveys
INAF - Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna（意大利国家天体物理研究所-博洛尼亚天体物理与空间科学天文台）；INAF - Osservatorio Astronomico di Roma（意大利国家天体物理研究所-罗马天文台）；University of Bristol（布里斯托大学）；INAF — Osservatorio Astrofisico di Arcetri（意大利国家天体物理研究所-阿尔切特里天体物理天文台）；Università di Pisa（比萨大学）；INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所-的里雅斯特天文台）；IFPU - Institute for Fundamental Physics of the Universe（基础物理宇宙研究所）
研究利用28个明亮高红移类星体样本，发现其X射线谱普遍陡峭，与黑洞增长效率无显著相关，且可能降低未来巡天对早期AGN的探测能力。
2026-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
The web of the Giant: spectroscopic confirmation of a Large Scale Structure around the z=6.31 quasar SDSS J1030+0524
本文报道了在z=6.31的类星体SDSS~J1030+0524周围的一个大尺度结构的光谱学确认，它是由十亿太阳质量的黑洞提供能量的。该结构由至少六个成员组成，四个莱曼断路器（LBG）和两个莱曼阿尔法发射器（LAE）。这四个LBG是从21个i波段脱落的样本中识别出来的，z{AB}<25.5，与类星体的预计距离为5 Mpc（15弧分）。它们的红移是通过8- 10米级望远镜长达8小时的多天体光谱观测确定的。这两个LAE是在以类星体为中心的6小时VLT/MUSE观测中发现的。这六个星系的红移范围为6.129-6.355。假设特殊速度可以忽略不计，这个范围相当于类星体的径向距离为+/-5 Mpc，这与观测到的LBG分布在天空中的投影尺度相当。我们保守地估计，这种结构在大于3.5 sigma的水平上是显著的，并且在大的采样体积内（~780物理Mpc ^[3]），星系的过密度水平至少为1.5-2。六个成员星系的光谱特性（Lyalpha强度和紫外光度）与场星系在类似红移下的光谱特性相似。这是第一次光谱识别的星系密度过高周围的超大质量黑洞在宇宙的第一个十亿年。我们的发现支持了这样一种观点，即最遥远和最大质量的黑洞在大尺度结构中的大质量（>10^{12} Msun）暗物质晕中形成和生长，而早期没有检测到这种系统可能是由于观测限制。
2020-09-02 astro-ph.GA
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
UNCOVER: The growth of the first massive black holes from JWST/NIRSpec -- spectroscopic redshift confirmation of an X-ray luminous AGN at z=10.1
本文利用 JWST/NIRSpec 光谱确认了 z=10.1 的 X 射线明亮活动星系核 UHZ-1，发现其黑洞与寄主星系质量比远超本地值，支持超大质量黑洞的重种子形成模型。
2023-09-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Infrared Medium-deep Survey. IV. Low Eddington Ratio of A Faint Quasar at $z\sim6$: Not Every Supermassive Black Hole is Growing Fast in the Early Universe
到目前为止，大多数在$z\sim6$发现的发光类星体都是以爱丁顿比（$λ_{\rm{Edd}}\sim1$）处于最大吸积状态，这表明早期宇宙的核活动增强。然而，这可能不是超大质量黑洞（SMBH）生长的全貌，因为以前的研究还没有涉及到更有可能拥有低$λ_{\rm{Edd}}$的SMBH的微弱类星体。为了更好地了解早期宇宙中类星体的吸积活动，我们获得了一个类星体IMS J220417.92+011144.8（以下简称IMS J2204+0112）的深近红外光谱，它是$z\sim6$发现的最暗类星体之一。从近红外光谱中的红移C IV $λ1549$发射线，我们发现IMS J2204+0112拥有一个大约10亿太阳质量的SMBH和$λ_{\rm{Edd}} \sim 0.1$，但这两个量都有很大的不确定性（0.41 dex）。IMS J2204+0112在$z\sim6$的类星体中具有最低的爱丁顿比，但在$z\sim2$的类星体中具有共同的值。它的低$λ_{\rm{Edd}}$可以用两种情况来解释; SMBH从恒星质量黑洞通过短持续时间的超爱丁顿吸积事件或从大质量黑洞种子（$\sim10^{5}\,M_{\odot}$）与爱丁顿有限吸积的增长。更微弱的类星体的近红外光谱需要更好地了解在$z \sim 6$的SMBH吸积活动。
2018-02-08 astro-ph.GA
Driving the Growth of the Earliest Supermassive Black Holes with Major Mergers of Host Galaxies
超大质量黑洞（SMBH）的形成机制，特别是在红移$z> 6$观测到的发光类星体$\sim 10^9\,{\rm M}_{\odot}$ SMBH的形成机制，仍然是一个开放的基本问题。在宇宙年龄不到10亿年的早期，如此大质量的黑洞的存在意味着它们要么是通过超爱丁顿吸积，要么是通过在爱丁顿极限附近几乎不间断的气体吸积而增长的;后者，乍一看，与较低红移的经验趋势不一致，在那里，与快速黑洞增长相关的类星体事件是罕见和短暂的。在这项工作中，我检查是否以及在何种程度上的增长的$z> 6$类星体SMBHs可以解释在标准的类星体的范例，其中主要合并的主机星系触发事件的快速气体吸积低于或接近爱丁顿限制。使用一套Monte Carlo合并树模拟的组装历史的可能的主机的PDMATHAMN类星体，我调查（i）他们的增长和主要的合并率出$z\sim 40$，和（ii）多久的喂养情节引起的主机合并必须持续，以解释所观察到的$z> 6$类星体人口没有超爱丁顿吸积。晕主合并率大致与$\propto (1+z)^{5/2}$成比例，类星体宿主通常在$15> z > 6$（$\approx 650\,{\rm Myr}$）之间经历$> 10$主合并，而在$3>z > 0$（$\approx 11 \,{\rm Gyr}$）的典型大质量星系则经历$\sim 1$。一个可行的亚爱丁顿SMBH增长模型的例子是一个主机合并触…
2014-06-11 astro-ph.GA
A Kiloparsec-Scale Hyper-Starburst in a Quasar Host Less than 1 Gigayear after the Big Bang
类星体SDSS J114816.64+525150.3（红移z=6.42，宇宙年龄小于10亿年）的宿主星系的红外光度为2.2 × 10^13 L_sun，推测其主要动力来自恒星形成的大规模爆发。在一些极端明亮的星系中，如Arp 220，恒星形成的爆发集中在半径小于100秒差距的相对较小的中心区域。目前还不知道在早期宇宙中的活跃星系中，恒星是在什么尺度上形成的，这些星系可能正在经历恒星形成的初始爆发。我们确实知道，在早期的某个时刻，一定形成了类似于银河系球状凸起的结构。在这里，我们报告的[CII]发射的宿主星系J114816.64+525150.3的空间分辨图像，表明它的恒星形成气体分布在半径约750 pc的中心。该区域恒星形成率的平均面密度约为1000 M_sun/yr/kpc ^[2]。该表面密度与Arp 220中的峰值相当，尽管面积大约2个数量级。这个活跃的恒星形成事件可能会在这个系统中产生一个大质量的球状组成部分。
2009-02-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
What do observations tell us about the highest-redshift supermassive black holes?
我回顾了目前对最早成长的超大质量黑洞（SMBHs）的一些关键性质的理解，这些性质是从z ≥ 5类星体的最新观测中确定的。这包括它们的吸积速率和生长历史，它们的宿主星系，以及使它们在大爆炸后不到10亿年出现的大规模环境。现有的多波长数据表明，这些SMBH是符合爱丁顿有限的，辐射效率的吸积，不得不进行几乎连续的，因为非常早期的时代。ALMA对主机ISM的观测揭示了富含气体、发育良好的星系，其SFR范围很广，可能超过~1000 M_sol/yr。此外，ALMA还发现了很大一部分相互作用的伴星系，它们之间的距离小于100 kpc（预计）。这支持了第一代高质量、发光的SMBH在过密环境中生长的观点，并且主要的合并可能是SMBH和宿主星系快速生长的重要驱动力。目前的X射线测量无法获得这些罕见的z>5大质量类星体的较低质量，据说更丰富的对应物，这应该能够阐明BH形成和生长的最早阶段。这种低质量的核黑洞将是下一代设施计划进行的最深调查的主要目标，例如即将到来的雅典娜任务和未来的山猫任务概念。
2020-02-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
GA-NIFS: A massive black hole in a low-metallicity AGN at $z\sim5.55$ revealed by JWST/NIRSpec IFS
本文利用JWST/NIRSpec IFS数据确认$z=5.55$致密星系GS_3073为低金属丰度AGN，测得黑洞质量约$10^{8.2}M_\odot$，并发现其外流可在大爆炸后十亿年向星系际介质输送金属。
2023-06-21 astro-ph.GA
Widespread, strong outflows in XQR-30 quasars at the Reionisation epoch
在再电离时期，当宇宙的年龄为0.5-1 Gyr时，由十亿个太阳质量的黑洞吸积提供动力的发光类星体已经存在。这些天体可能位于宇宙的过密区域，并将成长为今天的巨型星系。它们的巨大黑洞是如何在如此短的时间内形成的，特别是当它们位于本地黑洞质量-星系动力学质量相关之上时，因此遵循黑洞主导的增长路径。目前还不清楚是什么减缓了黑洞的增长，导致在本地宇宙中观察到的共生增长，以及这个过程何时开始，尽管黑洞反馈可能是一个驱动因素。这一僵局是由于缺乏具有高质量宽带光谱信息的高红移类星体的大型均匀样本。在这里，我们报告的结果，从VLT/X-射手调查的30个类星体在红移5.8 $\le$ z $\le$ 6.6（XQR-30）。大约50%的光谱显示出宽的蓝移吸收线（BAL），追踪强大的电离风。z $\gtrsim$ 6类星体中的BAL分数比z~2-4.5类星体中的BAL分数高2-3倍。XQR-30 BAL类星体表现出极端的外流速度，高达光速的17%，在较低的红移下很少观察到。这些外流将大量能量注入星系星际介质，这可以对比核气体吸积，减缓黑洞的增长。高z类星体宿主的恒星形成速率通常为$>$ 100 M $_\odot$ /yr，因此这些星系正在以快速的速率生长。BAL阶段可能标志着重要反馈的开始，首先作用于黑洞的增长，随后可能作用于星系的增长。在z $\gtrsim$ 6的BAL类星体的红色光学颜色确实表明…
2022-05-17 astro-ph.GA
Detecting and Characterizing Young Quasars I: Systemic Redshifts and Proximity Zones Measurements
在一个多波长的调查$13$类星体在$5.8\lesssim z\lesssim6.5$，这是预先选定的潜在的年轻，我们发现五个对象具有非常小的邻近区的大小，这可能意味着紫外线发光类星体的寿命为$\lesssim 100,000$年。邻近区是类星体附近的增强透射通量区域，对类星体的寿命很敏感，因为星系际气体对它们的辐射有有限的响应时间。我们结合了来自阿塔卡马大型毫米阵列（ALMA）和NOEMA扩展毫米阵列（NOEMA）的亚毫米观测，以及来自甚大望远镜（VLT）和凯克望远镜上的中分辨率光谱仪的深光学和近红外光谱，以识别和表征这些新的年轻类星体，这为研究早期宇宙中超大质量黑洞（SMBH）的吸积行为提供了有价值的线索，并对当前黑洞形成模型提出了挑战，以解释十亿太阳质量的黑洞的快速形成。我们测量了类星体的系统红移，黑洞质量，爱丁顿比，发射线光度和恒星形成率的宿主星系。结合以前的结果，我们估计年轻的对象中的高红移类星体人口的比例为$5\%\lesssim f_{\rm young}\lesssim 10\%$。其中一个年轻的天体，PSO J158-14，显示出非常明亮的尘埃连续通量（$F_{\rm cont}=3.46\pm 0.02\,\rm mJy$），表明一个恒星形成率约为$1420\,M_{\odot}\,\rm yr^{-1}$的高度恒星爆发的宿主星系。
2020-08-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
SHELLQs-JWST perspective on the intrinsic mass relation between supermassive black holes and their host galaxies at z > 6
SHELLQs-JWST研究了z > 6时超大质量黑洞与其宿主星系的质量关系，发现其内在关系具有较高的散射，且在该红移下存在活跃的黑洞生长。
2025-12-08 astro-ph.GA
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
Resolved [CII] Emission from z>6 Quasar Host -- Companion Galaxy Pairs
本文报道了利用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列对5个z>6类星体主伴星系对进行的~0.35”（~2 kpc）分辨率的[CII]和尘埃连续辐射观测。[CII]发射在所有星系中都可以分辨，物理范围为3.2-5.4 kpc。尘埃连续体平均要紧凑40%，这导致星系中心的[CII]赤字更大。然而，测得的[CII]赤字是完全一致的，发现在较低的红移。其中四个星系显示出与有序旋转一致的[CII]速度场，而其余六个星系则没有明显的速度梯度。所有星系都有很高的速度色散（~80-200 km/s），这与高红移星系的星际介质（ISM）是湍流的解释一致。通过用运动学模型拟合星系，我们估计了这些系统的动力学质量，其范围在（0.3 -> 5.4）x 1 E 10 Msun之间。对于三个最近的分离星系对，我们观察到星系之间和周围气体的尘埃和[CII]发射，这表明潮汐相互作用正在干扰这些系统中的气体。虽然这些潮汐相互作用中的气体交换可以为发光的类星体提供动力，但在没有附近同伴的宿主星系中存在的类星体表明潮汐相互作用并不是为其活动中心提供燃料的唯一可行方法。这些观测结果证实了吸积超大质量黑洞对类星体宿主星系的[CII]和尘埃连续辐射没有实质性贡献的论断，并展示了宇宙年龄小于10亿年时星系的各种ISM特性。
2019-07-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Euclid: A UV-faint quasar in a highly luminous star-forming host galaxy at $z \approx 7.7$
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚空间科学与天体物理观测台）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）；Hamburger Sternwarte, University of Hamburg（汉堡大学汉堡天文台）；INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；INAF-IASF Milano（意大利国家天体物理研究所米兰天文科学与技术研究所）；Institut für Theoretische Physik, University of Heidelberg（海德堡大学理论物理研究所）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）
研究大爆炸后最初十亿年超大质量黑洞与其宿主星系的共同演化。通过对约7.7红移类星体观测，报告了类星体宿主中[CII] 158μm和冷尘埃发射的最远距离探测，揭示其宿主星系特征及演化阶段。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
A black hole in a near-pristine galaxy 700 million years after the Big Bang
研究发现早期宇宙中存在大量大质量黑洞，其金属丰度极低，挑战了现有理论模型，提示可能需要新的解释，如原初黑洞或超埃德蒙顿吸积场景。
2026-04-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Black Hole Survival Guide: Searching for Stars in the Galactic Center That Endure Partial Tidal Disruption
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Cabrillo College（卡布里洛学院）；Wesleyan University（卫斯理安大学）；Northwestern University（西北大学）；University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）
本文通过FLASH与MESA耦合模拟，研究银河系中心部分潮汐瓦解事件后幸存恒星残余的长期演化特征，发现其初期光度剧增可解释部分G天体，且长期保留富金属外壳，为识别TDE幸存者提供依据。
2025-11-06 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
A small and vigorous black hole in the early Universe
本文通过分析GN-z11的JWST-NIRSpec光谱，发现其寄宿着一个质量约为10^6.2倍太阳质量、以约5倍爱丁顿率吸积的小型黑洞，为早期宇宙黑洞种子形成理论提供了观测约束。
2024-01-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
