Slowing down of cosmic growth of supermassive black holes: Theoretical prediction of the Eddington ratio distribution
本文用星系形成的半解析模型给出了宽红移范围(0 < z < 8)内超大质量黑洞的爱丁顿比分布。在低红移时,这个分布与观测估计大致一致。我们发现,在较高的红移的黑洞的增长率更有可能超过爱丁顿极限,因为在较高的红移的主机星系的典型气体分数较高。我们还发现,对于质量较小的超大质量黑洞,超爱丁顿增长更为普遍,支持了超大质量黑洞是通过超爱丁顿吸积形成的观点.这些结果表明了超大质量黑洞宇宙生长的“减速”:具有较高爱丁顿比的超大质量黑洞的生长在较高的红移处达到峰值。我们还显示了样本选择的爱丁顿比分布函数的形状上的效果,并发现,浅的观测将错过活动星系核,不仅更小,而且更高的爱丁顿比。
2019-05-07 astro-ph.GA
Gravitational torque-driven black hole growth and feedback in cosmological simulations
利用自洽的黑洞生长和反馈模型研究了宇宙学模拟中的黑洞-宿主星系标度关系。次网格吸积模型捕获的关键缩放控制角动量运输从银河系尺度下到秒差距尺度,而我们的动力学反馈实现,使注入的流出物与所观察到的核流出物相匹配的属性。我们发现,“类星体模式”的反馈可以有很大的影响星系际介质的热性质和星系和大规模黑洞的增长动力学反馈效率低至0.1%,相对于热光度。尽管如此,我们的模拟表明,黑洞主机的标度关系是只有微弱的依赖于黑洞反馈对星系尺度的影响,由于反馈抑制星系和大质量黑洞的增长相似的金额。与此相反,相对于宿主星系恒星形成速率,引力矩供给中心黑洞的速率决定了黑洞-宿主相关性的斜率和归一化。我们的研究结果表明,一个共同的气体供应调节的引力矩是观察到的黑洞和星系的共同演化的主要驱动力。
2016-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
How AGN and SNe feedback affect mass transport and black hole growth in high redshift galaxies
利用宇宙流体动力学模拟方法研究了超新星和活动星系核反馈对气体向星系核的质量输运和黑洞增长的影响。我们研究BH增长与质量传输过程与重力和压力扭矩,以及它们是如何修改的反馈。宇宙气体通过冷流以接近自由落体的方式到达银河系外围。然后,扭矩相关的压力所引发的气体湍流运动产生的环银河系介质中的冲击和爆炸SNe的主要来源的质量传输超过中央~ 100 pc。由于银河系中央区域的质量高度集中,引力矩往往在高红移时更为重要。在~ pc尺度下,几乎自由下落的物质与重力和压力力矩的综合作用产生了~ 1 Msun/yr量级的质量吸积速率。在没有SN反馈的情况下,活动星系核的反馈并不会对恒星的形成或黑洞的生长产生显著的影响,直到黑洞达到足够高的质量$\sim 10^6$ M_sun来进行自我调节。相反,单独的SN反馈会降低恒星和BH的生长。最后,SN和AGN的协同反馈有效地抑制了BH的生长,而由于最终BH质量很小,大约只有10^5 M太阳,恒星形成仍保持在SN反馈单独设定的水平。SNe创造了一个更稀薄和更热的环境,在那里,来自活动星系核中心的能量注入可以进一步加速气体。
2017-01-22 astro-ph.GA
Impact of grain size distributions on the dust enrichment in high-redshift quasars
在高红移($z>5$)类星体中,观测到大量的尘埃($\textstyle\sim 10^{8} \mathrm{M}_{\sun}$)。为了解释大的尘埃含量,我们专注于一种可能性,即重元素的吸积颗粒生长是主要的尘埃源。我们采用了一个适用于附近星系的化学演化模型,但利用足够的参数高$z$类星体。据推测,金属和尘埃主要由II型超新星(SNe)喷出。我们已经发现,晶粒生长强烈地依赖于晶粒尺寸分布。如果我们简单地使用从SNe喷射的颗粒的尺寸分布,则颗粒生长是低效的,因为缺乏小颗粒(即,尘埃颗粒的表面积与体积比小)。然而,如果我们考虑到星际破碎产生的小颗粒,颗粒生长的效率足以解释高$z$类星体中丰富的尘埃丰度。我们的研究结果不仅证实了晶粒生长是解释高$z$类星体中大量尘埃的必要条件,而且还表明晶粒尺寸分布对晶粒生长有着至关重要的影响。
2012-05-29 astro-ph.GA
Joining the Dots: High Redshift Black holes
本文基于King(2024)的超爱丁顿质量供给与紧密准直辐射模型,解释高红移黑洞的弱X射线、康普顿厚和无明显外流等观测特征,并指出黑洞与宿主星系质量比在高红移增大的理论与观测一致性。
2024-10-22 astro-ph.GA
Galaxy growth from redshift 5 to 0 at fixed comoving number density
在一定的同动数密度下研究星系在较宽的红移范围内的平均性质,可以从统计学上跟踪星系的演化,已成为一种流行的观测方法。我们测试这种方法通过比较星系的演化在固定的数量密度,并通过宇宙时间(z=0-5)在宇宙学,流体动力学模拟OWLS通过以下个别星系。比较祖先,后代,并在每个红移的固定数密度选定的星系,我们发现星系和星际介质(ISM)质量的差异高达三个因素。对于黑洞质量来说,差别稍大一些。在ISM质量的散射增加显着向低红移与所有的选择技术。我们使用固定数密度技术来研究暗物质、气体、恒星和黑洞的集合以及吸积和恒星形成速率的演化。我们发现三个不同的制度,大规模的星系,与观察一致:在高红移的气体吸积率占主导地位,在中等红移的恒星形成率是最高的,在低红移星系增长主要是通过合并。静止星系的ISM质量(根据定义)要低得多,而黑洞质量要高得多,但恒星和晕的质量相当相似。没有活动星系核(AGN)的反馈,大质量星系主要是由恒星形成到z=0,它们的大部分恒星质量增长发生在中心。在活动星系核的反馈下,恒星质量只会通过合并增加到星系的外围,而且它们会由内而外地增长。
2016-07-06 astro-ph.GA
The Gentle Growth of Galaxies at High Redshifts in Overdense Environments
我们已经探索了红移z ~ 6-14的星系生长的主要模式,比较了宇宙的过度密集和正常区域,使用高分辨率的放大宇宙学模拟。这种罕见的过密区域被认为是高z类星体的宿主。我们表明,在这样的环境中的星系增长主要是由一个平稳的吸积从宇宙细丝占主导地位的质量输入主要,中间和次要的合并。我们发现,到z ~6时,在过密区,合并产生的星系累积质量分数是星系累积吸积质量的1/10,而在正常环境中,则是1/5。此外,合并的恒星质量输入率也低于原位恒星形成(SF)率。在这些红移下,星系中恒星质量中由合并贡献的比例在过密区域为~ 12%,在正常区域为~33%。我们对~几个X 10^9 Mo星系的SF率中值与斯皮策SURF-UP巡天中最近估计的z ~ 7星系的SF率非常一致。最后,我们发现正常区和过密区的主要区别在于大质量星系在大质量暗物质晕中的放大生长。这导致了>= 10^{10} Mo星系的形成,因为在上述时间段内质量增加了约100倍。这样的星系在这些红移的正常区域基本上是不存在的。
2014-07-09 astro-ph.GA
Bulge growth through disk instabilities in high-redshift galaxies
在低红移的邻近宇宙中,人们长期以来一直在研究盘状星系内部区域的膨胀中,盘状不稳定性(如棒和旋臂)以及相关的共振的作用。在那里,人们长期以来一直在观察它,特别是通过花生状的凸起。在现代盘星系中,这种长期的膨胀是由弱的非轴对称不稳定性驱动的:它主要以缓慢的速度和长的恒星形成时间尺度产生伪膨胀。在中等质量到大质量星系(10^10到几个10^11兆太阳的恒星)中,高红移(z>1)时的盘不稳定性与现代旋涡星系中发现的盘不稳定性非常不同。高红移盘在全局上是不稳定的,会碎裂成巨大的团块,每个团块包含10^8-10^9兆太阳质量的气体和恒星,这导致了高度不规则星系的形态。与剧烈的不稳定性相关的团块和其他特征通过各种机制在短时间尺度上驱动盘的演化和凸起生长。巨大的团块可以向内迁移,并在几个10^8年内合并成隆起。在非常动荡的介质中的不稳定性驱动强烈的气体流入到隆起和核区域。由于剧烈的不稳定性,厚盘和超大质量黑洞可以同时生长。本章回顾了高红移盘不稳定性的性质,巨团块的演化和其他与不稳定性相关的特征,以及由此产生的膨胀和相关的次星系成分的增长。
2015-03-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Systematic Redshift of the Fe III UV Lines in Quasars. Measuring Supermassive Black Hole Masses under the Gravitational Redshift Hypothesis
我们发现类星体的Fe Ⅲ $λλ$ 2039-2113光谱特征在中心超大质量黑洞引起的引力红移假设下出现了系统的红移。我们的分析27个复合光谱从BOSS调查表明,红移和加宽的线在Fe III $λλ$ 2039-2113混合大致遵循预期的相关性在弱极限的史瓦西几何维里化运动学。假设Fe III的紫外红移提供了一个测量$M_{BH}\over R$(${Δλ\over λ}\simeq{3\over2}{G\over c^2} {M_{BH}\over R}$),并使用不同的估计发射区域的大小,$R$(无论是从引力微透镜,混响映射或从缩放的大小与内在类星体的光度),我们得到的质量与以前的质量估计的维里定理的基础上的不确定性内一致的10个对象。为了确认测量到的红移的引力来源,需要对样本中Fe III $λλ$ 2039-2113发射区的大小进行混响映射估计。同时,我们提出了一个尝试性的黑洞质量标度关系的基础上的Fe III $λλ$ 2039-2113红移有用的测量黑洞质量的一个单独的对象从一个单一的光谱。
2018-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Quiescent galaxies in a virialized cluster at redshift 2: Evidence for accelerated size-growth
我们提出了一个分析的星系人口XLSSC 122,一个X射线选择,维里化的星系团在红移$z=1.98$。我们利用HST WFC 3光度法来表征光谱确认的簇成员的活性和形态。发现静止分数在0.5 $r_{500}$内为$88^{+4}_{-20}$ %,在$z\sim2$下显著高于$20^{+2}_{-2}$ %的场值。我们发现相对于磁场具有Sersic指数$n>2$的过量“凸出状”静止星系团成员。这些星系被发现是大于他们的领域同行在99.6%的信心,被平均$63^{+31}_{-24}$百分之大,在一个固定的质量$M_\star = 5\times10^{10} M_\odot$。这表明这些星系团成员星系经历了相对于$z>2$场的加速尺寸演化。我们讨论小合并作为一种可能的机制,这种不成比例的规模增长。
2021-09-06 astro-ph.GA
Feeding plankton to whales: high-redshift supermassive black holes from tiny black hole explosions
针对高红移超大质量黑洞早期形成难题,本文提出聚集且蒸发的微小原初黑洞可加热无金属气体云、抑制分子氢形成,从而促成直接坍缩。
2024-06-11 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Measurement of Redshift Space Power Spectrum for BOSS galaxies and the Growth Rate at redshift 0.57
利用Jing & Borner(2001)提出的方法,测量了北银帽(NGC)中重子振荡光谱巡天(BOSS)数据发布11 CMASS星系的二维(2D)红移空间功率谱。该方法首先测量了CMASS星系的二维红移空间关联函数,然后对关联函数进行傅立叶变换,得到了二维功率谱。用一个N体模拟星系表对该方法进行了测试,结果表明,在输入二维关联函数正确的情况下,该方法可以得到精确的、无偏的红移空间功率谱测量值。与以往文献中通常基于红移空间直接傅里叶变换的测量方法相比,该方法具有窗函数和散粒噪声得到完全校正的优点。事实上,我们的2D功率谱通过其构造可以准确地再现2D关联函数,并且同时可以准确地再现例如Beutler等人的2D功率谱。(2014)如果我们的功率谱与他们提供的窗函数卷积。因此,我们的测量可以促进与理论预测的直接比较。有了这个精确的测量的2D功率谱,我们然后开发了一种方法来测量的结构增长率,通过分离各向异性红移空间功率谱从各向同性的实空间功率谱。根据Zhang et al.(2013)的理论模型,我们还仔细校正了从实空间到红移空间映射的非线性。最后,在有效红移zeff=0.57处,我们得到f(zeff)σ_8(zeff)=0.438 \pm 0.037,其中f(zeff)是在zeff处的线性增长率.这一结果对约束宇宙学参数是有用的。二维功率谱的测量结果即将公布。
2016-09-13 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Adiabatic black hole growth in Sérsic models of elliptical galaxies
我们研究了中心黑洞缓慢增长对服从Sérsic或$R^{1/m}$表面亮度分布的球形星系的影响。在这样的增长过程中,每个恒星轨道的作用都是守恒的,如果我们假设初始分布函数是各向同性的,这就允许我们计算最终的分布函数。我们发现,黑洞生长导致一个中心尖点或"过剩光“,其中表面亮度随半径变化为$R^{-1.3}$(与Sérsic指数$m$的依赖性较弱),视线速度色散随$R^{-1/2}$变化,速度各向异性为$β\simeq -0.24$到$-0.28$,取决于$m$。尖点中的多余恒星质量与黑洞质量近似成线性比例,通常是黑洞质量的0.5- 0.85倍。这个过程可能会强烈影响核星团的结构,如果它们包含黑洞。
2015-09-14 astro-ph.GA
Assessing the redshift evolution of massive black holes and their hosts
最近的观测结果集中在高红移黑洞的动机,我们探讨的散射和观测偏差的能力,恢复的内在属性的黑洞人口在高红移的效果。我们发现,分散和选择偏差可以隐藏黑洞和它们的主机之间的内在相关性,与“可观察”的整个人口的子样本表明,平均而言,积极的进化,即使底层人口的特点是没有或负进化。我们创建的理论质量函数的黑洞卷积的质量函数的暗物质晕与标准的关系连接黑洞与他们的主机。在这些假设下,我们发现局部MBH - sigma相关性无法拟合Willott等人(2010)提出的z = 6黑洞质量函数,高估了除了最大质量黑洞之外的所有黑洞的数密度。正演化或包括MBH -σ相关性中的散射使差异更糟,因为它进一步增加了可观测黑洞的数量密度。我们注意到,如果z = 6时的MBH - sigma相关性比现在更陡,那么质量函数就会变浅。这有助于重现Willott等人(2010)提出的z = 6黑洞的质量函数。另一种可能是,极少数的晕(数量级为1/1000)在z = 6处拥有一个活跃的大质量黑洞,或者大多数活动星系核被遮蔽,阻碍了它们在光学巡天中的探测。如果活动部分或光度是宿主或黑洞质量的函数,那么目前对高红移黑洞质量函数的测量可能低估了低质量黑洞的密度。最后,我们讨论的物理场景,可能会导致一个陡峭的MBH -西格玛关系在高红移。
2011-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dust Grain Growth at High Redshift: Starburst-driven CMB-Dark Supershells
我们提出了一个新的方案,在高红移星系($z\sim 6$)的尘埃颗粒的增长。在我们的模型中,来自大质量星团的机械反馈在高密度的预富集介质中演化,允许将大量物质堆积成大质量的超壳层。如果超壳层内的气体金属丰度($\geq$ Z $_{\odot}$)、数密度($\geq 10^6$ cm $^{-3}$)和尘埃与气体的质量比($\sim 1/150 \times Z$)足够大,这样的超壳层可能会变得光学厚,以至于从它们的主星团发出的星光,甚至宇宙微波背景辐射(CMB)。半解析模型的基础上,我们认为,这种机制,发生在大规模($\geq 10^7$ M $_{\odot}$)的情况下,分子云托管$\geq 10^6$ M $_{\odot}$星团,允许大量的气体和尘埃获得的温度低于CMB,因此尘埃颗粒的生长可能会发生轻松。在总恒星质量为$M_{*}$的星系中,超壳层内的颗粒生长可能会使尘埃质量增加$\sim 10^6$ M $_{\odot}$ $(M_{*}/10^{8}$ M $_{\odot}$)。
2021-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
The mass assembly of high-redshift black holes
利用德尔菲半解析模型研究了宽质量范围内高红移($z>4$)黑洞($10^3 < M_{bh}/M_\odot < 10^{10}$)的质量组装和性质.我们的黑洞生长实现包括一个临界晕质量($M_{h}^{crit}$),低于该质量的黑洞是饥饿的,高于该质量的黑洞可以在爱丁顿极限或与星系的气体含量成比例地增长。因此,在黑洞合并到$z \sim 7 (9)$的初始增长阶段之后,在$M_h|_{z=4} \sim 10^{11.75} ~ (10^{13.4}) M_\odot$的$z=4$晕质量中的超大质量黑洞主要通过星际介质的气体吸积而增长。特别是,我们发现:(i)虽然大部分的吸积发生在主分支的$M_h|_{z=4} \sim 10^{11-12} M_\odot$晕,吸积在二级分支中起着重要的作用,在组装黑洞质量在高质量的晕($M_h|_{z=4} \gtrsim 10^{12} M_\odot$);(ii)而爱丁顿比随着红移的降低低质量($M_{bh} < 10^5 M_\odot$)黑洞,它显示出相反的趋势较大的质量。此外,由于吸积速率取决于宿主晕中存在的气体质量,因此Eddington有限吸积阶段的占空比-可以持续到$\approx 650$ Myr -与黑洞及其宿主晕的联合组装历史密切相关。
2020-10-26 astro-ph.GA
Growth and Feedback from the First Black Holes
无论它们的初始种子质量如何,任何观测到的红移z > 6的活动星系核都必须从它们的种子增长几个数量级。在本章中,我们将讨论种子形成后黑洞生长和相关反馈的物理过程和最新研究。最初,来自黑洞本身的辐射反馈和来自附近恒星的超新星爆炸减缓了燃料的供给。然而,一旦宿主星系增长超过临界质量,它的增长就会加速。
2018-07-16 astro-ph.GA
The growth of typical star-forming galaxies and their super massive black holes across cosmic time since z~2
要了解星系形成和演化,就需要研究星系成长与其黑洞成长之间的相互作用。在这里,我们探讨了一个样本的Ha-selected恒星形成的星系从HiZELS调查和使用的财富,在宇宙领域的多波长数据(X射线,远红外和无线电),研究典型的星系和他们的中央超大质量黑洞之间的相对增长率,从z=2.23到z=0。z~1-2处的典型恒星形成星系的黑洞吸积率(BHARs)为0.001-0.01兆太阳/年,恒星形成率(SFR)为~10-40兆太阳/年,因此其恒星质量的增长速度比其黑洞质量快得多(快~3.3个数量级)。然而,约3%的样本(直接在X射线中检测到的源)显示出黑洞质量的显著更快增长(比典型源快1.5个数量级)。BHAR从z=2.23下降到z=0,下降类似于恒星形成率密度或典型的SFR。我们发现,平均黑洞星系的增长(BHAR/SFR)是近似恒定的恒星形成星系在过去的11个Gyrs。相对恒定的BHAR/SFR表明,这两个量在宇宙时间中等价地演化,并且两者之间几乎没有延迟。
2016-09-12 astro-ph.GA
The Clustering of Undetected High-redshift Black Holes and Their Signatures in Cosmic Backgrounds
宇宙红外背景辐射(CIB)中存在着迄今无法解释的弧分尺度和更大尺度的涨落。这些已经被证明与宇宙X射线背景(CXB)相互关联,导致一些作者将多余的归因于高红移增长的黑洞人口。为了调查潜在的来源,可以解释这种过剩,在本文中,我们开发了一个新的框架来计算未检测到的源,没有恒定的通量作为晕质量的函数的功率谱。在这个公式中,我们结合了一个半解析模型的黑洞生长和它们的模拟光谱从流体动力学模拟。重新审视高红移黑洞人口的可能贡献,我们发现,太多的黑洞的增长是需要在z>6吸积的早期时代来解释这些波动。研究人口的吸积黑洞在更温和的红移,z \sim 2-3,我们发现,这样的模型产生一个穷人适合所观察到的波动,同时过度生产的本地黑洞质量密度。此外,我们排除了一个失踪的银河系前景的温暖的尘埃,产生相干波动的X射线通过反射银河系X射线双星发射的假设。虽然我们坚决排除了大质量黑洞的吸积作为这些丢失的波动的来源,但还需要更多的研究来确定它们的起源。
2019-08-03 astro-ph.GA
Joint analysis of 6dFGS and SDSS peculiar velocities for the growth rate of cosmic structure and tests of gravity
结合红移和距离指标测量特殊速度是测量宇宙结构增长率和检验低红移引力理论的有力手段。在这里,我们约束的增长率的结构比较观察到的基本面特有的速度为15894星系从6dF星系巡天(6dFGS)和斯隆数字巡天(SDSS)预测的速度和密度从2 M $++$红移调查。我们分别测量了6 dFGS和SDSS的速度标度参数$β\equiv {Ω_m^γ}/b = 0.372^{+0.034}_{-0.050}$和$0.314^{+0.031}_{-0.047}$,其中$Ω_m$是质量密度参数,$γ$是生长指数,$b$是归一化到星系特征光度$L^*$的偏差参数.结合6dFGS和SDSS,我们得到了$β= 0.341\pm0.024$,这意味着在有效红移$z=0.035$处,增长率和质量涨落幅度的乘积的幅度为$fσ_8 = 0.338\pm0.027$.采用Planck提出的$Ω_m = 0.315\pm0.007$,对广义相对论采用$γ=6/11$,对DGP引力采用$γ=11/16$,分别得到了广义相对论和DGP引力的$S_8(z=0) = σ_8 \sqrt{Ω_m/0.3} =0.637 \pm 0.054$和$0.741\pm0.062$。这一测量结果与其他大尺度结构的低红移探测器一致,但与最新的普朗克CMB测量结果偏离超过$3σ$。我们的结果有利于增长指数$γ> 6/11$或哈勃常数$H_0 …
2020-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
The rapid growth phase of supermassive black holes
利用流体动力学宇宙学\eagle模拟研究了超大质量黑洞的快速生长阶段。这种BH增长的非线性阶段发生在$\sim$ $L_{*}$星系中,嵌入在星系宿主的两个调节状态之间:在子$L_{*}$星系中,有效的恒星反馈调节了进入星系的气体流入,并显着降低了中央BH的增长,而在比$L_{*}$更大的星系中,有效的活动星系核反馈调节了进入星系的气体流入,并抑制了进一步的非线性BH增长。我们发现不断演变的临界星系和晕质量尺度在快速BH增长开始。低红移宇宙中的半乳糖醛酸过渡到快速BH增长阶段,其质量大约比高红移对应物大一个数量级(\M{200} $\approx 10^{12.4}$ ~ \Msol at $z \approx 0$减少到\M{200} $\approx 10^{11.2}$ ~ \Msol at $z \approx 6$)。相反,BH在固定的临界晕圈维里温度($T_{\mathrm{vir}} \approx 10^{5.6}$ ~K)下进入快速生长阶段。我们还表明,主要的星系-星系相互作用($μ\geq \frac{1}{4}$,其中$μ$是恒星质量比)发挥了重大作用,触发的快速增长阶段的BH在低红移宇宙,而可能有一个较低的影响在高红移。大约有40%的黑洞在$z \approx 0$开始快速的黑洞生长阶段,在一个主要星系-星系合并的$\pm 0.5$动力学时间内这样做,比背景…
2018-09-07 astro-ph.GA
Impact of supermassive black hole growth on star formation
超大质量黑洞是在大质量星系的中心发现的。在这些黑洞的生长过程中,它们会发光,成为可见的活动星系核(AGN),并在电磁波谱中释放出大量的能量。人们普遍认为,这种能量通过所谓的“活动星系核反馈”来调节黑洞所在星系中恒星形成的速度。然而,从观测和理论的角度来看,这种情况如何以及何时发生的细节仍然不确定。我回顾了一些观测结果,并讨论了超大质量黑洞生长对恒星形成的影响可能的观测签名。
2017-04-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
The role of mergers and gas accretion in black hole growth and galaxy evolution
利用半解析星系形成模型研究了超大质量黑洞与宿主星系的协同演化。虽然SMBH的合并并不重要,但合并引起的类星体模吸积在SMBH的生长中起着主导作用。合并在SMBH主星系的生长中起着比SMBH生长更重要的作用。类星体模吸积和合并对SMBH增长的综合贡献以及星暴和合并对宿主星系增长的综合贡献决定了观测到的SMBH质量与宿主星系质量之间的标度关系。我们还发现,合并是更重要的SMBH宿主星系的生长相比,正常星系共享相同的恒星质量范围的SMBH宿主星系。
2021-09-07 astro-ph.GA
Supermassive black hole growth from stellar binary encounters
University of Utah(犹他大学)
研究通过双星相互作用机制探讨超大质量黑洞的生长过程,并发现大麦哲伦云中的黑洞可能通过吸积双星伙伴实现增长。
2026-02-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Growth of Black Holes from Population III Remnants in the Renaissance Simulations
第三星族恒星的残余物形成恒星质量的黑洞,提供了一个初始黑洞种子的来源,有可能成长为中等质量的黑洞,或者在极少数情况下,可能是超大质量黑洞。我们使用文艺复兴时期的模拟套件来跟踪早期宇宙中诞生于迷你晕中的15,000多个黑洞的生长。我们计算的黑洞的演化后处理个别残留的第三族恒星粒子在文艺复兴时期的模拟快照。黑洞的晕圈从10 $^{6}$ M $_{\odot}$到10 $^{9}$ M $_{\odot}$。我们发现所有的黑洞都表现出非常低效的增长。平均而言,黑洞的初始质量增加了10倍$^{-5}$,最活跃的黑洞的质量增加了大约10%。只有一个单一的黑洞经历任何时期的超爱丁顿吸积,但持续时间很短,不会重复。此外,我们没有发现黑洞吸积与晕质量在采样的质量范围内的相关性。在大多数晕中,我们发现了冷而致密的气体团块,它们的吸积率很高,但黑洞遇到这些团块的情况很罕见,而且寿命很短。恒星的形成与黑洞的增长竞争,消耗可用的气体,并通过反馈降低吸积率。我们的结论是,在早期宇宙中,从第三星族残余物中诞生的黑洞并没有形成大量的中等质量黑洞,如果有的话,需要等到以后才能经历显著的吸积。
2018-07-31 astro-ph.GA
Black hole growth and AGN feedback under clumpy accretion
对孤立星系中超大质量黑洞的高分辨率模拟表明,黑洞与宿主内部大质量致密云之间的相互作用导致了短暂(约1000万年)的快速吸积。这种云的吸积可能是高z星系中黑洞增长的主要来源,但在宇宙学模拟中仍然没有解决。使用高分辨率孤立星系模拟校准的随机次网格模型,我们调查的影响,黑洞吸积率的变化对黑洞的增长和宿主星系的演化。我们发现这种星团吸积能更有效地促进高红移黑洞的生长。这种增加的质量允许更快的吸积,即使在没有高密度团块的情况下,复合效应并导致整体黑洞增长更快。这种增加的增长使黑洞能够有效地从星系中心区域疏散气体,驱动高达约2500公里/秒的强风,产生比平滑吸积情况强约10倍的外流,抑制气体流入宿主星系,并抑制星系内的恒星形成多达两倍。这表明,在黑洞和它们的宿主之间的共同进化中,适当地纳入可变性是一个关键因素。
2017-04-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Toward the Gravitational Redshift Detection in NGC 4258 and the Estimation of its Black Hole Mass-to-Distance Ratio
本文从第一性原理出发,构造了一个广义相对论方法来研究Schwarzschild黑洞(BH)的自转曲线,并利用天体物理观测量估算了NGC 4258的活动星系核的质距比.所提出的方法可以清楚地区分和量化的总红移表达式的广义和狭义相对论的贡献。总的相对论红移/蓝移包括三个部分:由于黑洞附近质量产生的时空曲率而产生的引力红移,由光子的局部多普勒效应产生的运动学位移,以及由于描述遥远观测者星系运动的特殊相对论增强而产生的红移。我们将我们的方法应用于NGC 4258活动星系吸积盘上最大的高红移水超脉泽测量数据集,并使用这种广义相对论方法估计其BH质量-距离比:M/D =(0.5326 +/- 0.00022)× 10^7太阳质量/Mpc。
2021-08-13 astro-ph.GA gr-qc
Prospects to Explore High-redshift Black Hole Formation with Multi-band Gravitational Waves Observatories
早期宇宙中大质量黑洞的聚集仍然是天体物理学中一个缺乏约束的开放性问题。轻种子(质量低于$\sim 1000M_{\odot}$的第三星族恒星的残余)或重种子(质量在$10^4-10^6 M_{\odot}$范围内)的合并和吸积都可以解释大质量黑洞的形成,但种子的丰度及其合并机制是高度不确定的。在接下来的几十年里,即将上线的引力波天文台有望观测到非常高红移的合并,从而揭示第一个黑洞的种子。在这封信中,我们探讨了LISA,宇宙探测器和爱因斯坦望远镜的潜力和局限性,以限制轻重种子的混合比,以及合并星系中中心黑洞合并的概率。由于第三代地基引力波探测器将只观察轻种子合并,我们演示了两种情况下,种子混合比和合并概率的推断可以是有限的。为了充分描述高红移黑洞形成的过程,多波段引力波观测和电磁观测的协同作用可能是必要的。
2022-02-09 astro-ph.GA gr-qc
Extreme Values of Black Hole to Stellar Mass Ratio for High-Redshift Galaxies
University of Warwick(华威大学);Naresuan University(纳瑞宣大学);Institut d’Astrophysique de Paris(巴黎天体物理研究所);The Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学)
利用JWST数据,研究高红移范围内黑洞和恒星质量分布,通过极值统计方法预测黑洞-恒星质量比为0.24,结果与观测一致。
2026-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Early growth of typical high redshift black holes seeded by direct collapse
理解高红移大质量黑洞的生长是一个天文物理学的重要问题。$z>6$上最明亮的类星体经常被观测到,但它们只是冰山一角,因为大多数低光度活动星系核仍然没有被发现。在本研究中,我们进行了一个辐射流体力学宇宙学模拟研究的“正常”黑洞在高红移宇宙的增长。在我们的模拟中,我们模拟了Pop III和Pop II恒星的形成以及它们的化学,机械和辐射反馈。我们考虑了吸积黑洞的紫外和X射线辐射来模拟其辐射反馈。选定的光环在$z=7.5$的质量为$\rm 3 \times 10^{10}~M_{\odot}$,当光环质量达到远高于原子冷却极限时,我们打开来自$\rm 10^5~M_{\odot}$的MBH种子的辐射反馈以及在$z=12$的原位恒星形成。我们发现,在3.2亿年的时间里,MBH只吸积了大约2200个$\rm M_{\odot}$,而MBH上的平均质量吸积是$\rm 10^{-6}~M_{\odot}/yr$的几倍。我们的研究结果表明,MBH的发育不良的增长是一个后果的超新星在串联与MBH反馈驱动大的外流和疏散的气体从MBH附近。这也许可以解释为什么到目前为止在$z>6$还没有发现低光度活动星系核的存在;恒星形成率和MBH吸积率之间的巨大反差可能使得即使在即将到来的深空探测中也很难发现。
2018-07-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Linear Growth of Structure in the R_h=ct Universe
我们利用最近发表的宇宙增长率f σ_8(z)的红移空间畸变测量结果来检验R_h=ct宇宙学中扰动的线性演化是否与观测到的大尺度结构的发展相一致。我们发现这些观测结果比用Planck和线性增长率数据的联合分析优化的LCDM版本更有利于R_h=ct,特别是在红移范围0 < z < 1,其中由标准模型预测的f σ_8(z)的函数形式中的显著曲率--而不是R_h=ct--在数据中不存在。然而,当LCDM仅使用增长率测量进行优化时,这两个模型同样很好地拟合了观测结果,尽管在这种情况下,低红移测量发现波动幅度的值低于普朗克LCDM的预期值。我们的结果强烈地证实了在所有红移处,特别是在z < 1处,需要更精确地测量f σ_8(z)。
2016-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Gravity and the Nonlinear Growth of Structure in the Carnegie-Spitzer-IMACS Redshift Survey
发展一个令人满意的星系演化理论的一个关键障碍是难以将早期结构形成的解析描述扩展到完全非线性,即星系生长的区域。现存的技术,虽然强大,是基于近似的数值方法,其蒙特卡洛般的性质阻碍了直觉的建设。在这里,我们开发了一个新的解决方案,这个问题及其实证验证。首先,我们推导出封闭形式的解析期望的演化的固定粒子在真实空间的宇宙密度分布,{ \it平均代表性的体积观察者可以跟踪横截面\}。利用流体方程的拉格朗日形式,我们证明了在$δ$ --相对于中值的密度--中的粒子应该以$δ(t)\proptoδ_{0}^α\,t^β$的形式增长,其中$α\equiv2$和$β\equiv2$在超密度过渡到非线性增长之后的时期对于牛顿引力。然后我们使用9.5平方米。°的利用Spitzer-IMACS红移巡天数据绘制\it星系的环境密度图,并推断出$α=1.98\pm0.04$和$β=2.01\pm0.11$ -与我们的分析预测一致。这些发现--它们还包括第一个精确的,分析描述的非线性增长的结构可扩展到(任意)低红移。我们希望这些结果打开了大门,新的建模和洞察建设,星系的增长和它的多样性在宇宙学的背景下。
2020-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects for Measuring the Mass of Black Holes at High Redshifts with Resolved Kinematics Using Gravitational Lensing
测量黑洞质量的最可靠方法,即气体和恒星的空间分辨运动学,目前仅限于附近的星系。阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)和具有毫角秒分辨率的30米级望远镜(30米望远镜,巨型麦哲伦望远镜和欧洲极大望远镜)预计将这种测量扩展到更大的距离。在这里,我们研究的可能性,利用强引力透镜提供的角放大测量黑洞质量在高红移(z~ 1-6),使用解决气体运动学与这些仪器。我们发现,在~15%和~20%的强透镜星系,内部25和50 pc可以解决,允许质量的~ $10^8 M_{\odot}$黑洞动态测量ALMA,如果适度明亮的分子气体存在于这些小半径。鉴于在目前的毫米巡天和未来的光学巡天中发现了大量的强透镜,这一部分可以构成一个统计上显着的人口研究的M- $σ$关系在高红移的演变。
2014-08-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Role of primordial black holes in the direct collapse scenario of supermassive black hole formation at high redshifts
在本文中,我们探讨了吸积原始黑洞作为加热源的塌缩气体的背景下,直接塌缩黑洞的情况下形成的超大质量黑洞(SMBHs)在高红移,$z\sim 6-7$。直接坍塌模型工作的基本要求之一是使下落气体的温度保持在$\approx 10^4$ K。我们表明,即使在现有的丰度限制下,原始的黑洞的质量$\gtrsim 10^{-2} \ {\rm M}_\odot$,可以加热塌陷气体的程度,${\rm H}_2$的形成被抑制。塌缩气体可以将其温度保持在$10^4$ K,直到气体达到临界密度$n_{crit} \approx 10^3$ cm $^{-3}$,在该临界密度下,${\rm H}_2$的旋转振动态接近局部热力学平衡,并且${\rm H}_2$冷却变得无效。在没有${\rm H}_2$冷却的情况下,塌陷气体的温度保持在$\approx 10^4$ K,即使它进一步塌陷。我们讨论的情况下,随后的角动量去除和路线,找到通过超大质量恒星或超大质量磁盘崩溃。
2018-07-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Star formation rate and dynamical mass of 10^8 solar mass black hole host galaxies at redshift 6
我们提出了ALMA观测两个中等光度类星体在红移6。这些来自加拿大-法国高z类星体巡天(CFHQS)的类星体具有黑洞质量~10^8 M太阳。这两个类星体都是在[CII]线和尘埃连续体中检测到的。结合我们以前对两个类似CFHQS类星体的研究,我们研究了这些数据的人口性质。我们发现,z>6的类星体有一个显着较低的远红外光度比测辐射光度匹配的样品在较低的红移,推断较低的恒星形成率,可能与较低的黑洞质量在z=6。CFHQS类星体的[CII]与远红外光度的比值与当地宇宙中类似恒星形成率的恒星爆发的比值相当。我们确定的类星体宿主星系的速度色散和动力学质量的值的基础上[CII]数据。我们发现,有没有明显的偏离附近的星系与类似的黑洞质量所定义的关系。然而,在z=6处,散射显著增加,超出了大的观测不确定性。
2015-01-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Relativistic redshift of the star S0-2 orbiting the Galactic center supermassive black hole
广义相对论预言,一颗靠近超大质量黑洞的恒星应该表现出相对论性的红移。我们使用银河系中心恒星S 0 -2的观测来测试这一点。我们结合了1995年至2017年的现有光谱和天体测量,其中包括S 0 -2的16年轨道,以及2018年3月至9月的测量,其中包括最接近黑洞的三个事件。我们检测到的组合的特殊相对论性和引力红移,量化使用红移参数,$Υ$。我们的结果$Υ=0.88 \pm 0.17$与广义相对论($Υ=1$)一致,并且排除了统计显著性为5 $σ$的牛顿模型($Υ=0$)。
2019-07-24 astro-ph.GA gr-qc
The evolution of grain mantles and silicate dust growth at high redshift
在密集的分子云中,星际颗粒被冰分子的地幔所覆盖。颗粒地幔的形成有两个重要的后果:它从气相中去除物种,并促进新分子在颗粒表面的合成。地幔的成分是云所属环境的一个强函数。因此,高zeta星系中的云,其条件--如温度、金属丰度和宇宙射线通量--与银河系中的云不同,将具有不同的颗粒地幔。在过去的几年里,一些作者提出,硅酸盐颗粒可能是通过在较小的种子上增加含硅物质而生长的。这将与冰地幔的形成同时发生,并受到其成分作为时间函数的极大影响。在这项工作中,我们提出了一个数值研究的颗粒地幔形成在高zeta星系,我们定量地解决硅酸盐生长的可能性。我们发现,地幔厚度随红移的增加而减小,z从0到8变化时,从120层到20层。此外,地幔成分也是云红移的一个强函数,CO、CO2、氨、甲烷和甲醇的相对重要性随z变化很大。最后,由于含硅物质总是地幔中非常小的成分,在分子云中形成硅酸盐几乎是不可能的。
2018-02-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
High-redshift JWST massive galaxies and the initial clustering of supermassive primordial black holes
本文提出超大质量原初黑洞的初始成团性可增强物质功率谱,从而解释JWST观测到的高红移大质量星系,其质量约10^9太阳质量,能量密度占比约10^-3。
2024-07-22 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Small-Scale Clustering of Primordial Black Holes: The Little Red Dot Mass Function and the High-Redshift Galaxy Tension
Tsinghua University(清华大学)
本文提出JWST发现的小红点中超大质量黑洞可能由原初黑洞星团合并形成,推导其质量函数并解释观测特征,同时缓解高红移星系形成与ΛCDM模型的张力。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Schwarzschild black hole and redshift rapidity: A new approach towards measuring cosmic distances
本文提出红移快度这一可观测相对论不变量,在史瓦西时空中建立解析公式以分离黑洞质量与距离,从而为测量宇宙距离提供一种完全广义相对论的新方法。
2024-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Massive black holes at high redshifts from superconducting cosmic strings
类星体在高红移的观测呈现出黑洞形成理论中的一个谜团。为了寻找这些物体的来源,人们通常依赖于早期在适当位置存在的重种子($M \approx 10^{4-6} \, M_{\odot}$)。不幸的是,这些沉重的种子的形成很难在标准的天体物理学背景下实现。在这里,我们研究超导宇宙弦环是否可以在早期宇宙中产生足够强的超密度来解决这个谜团。我们回顾了一组直接坍缩条件下,原始气体云将进行整体坍缩成一个大质量黑洞(形成质量为$M_{BH} \approx 10^5 \, M_{\odot}$在$z \approx 300$在我们的方案),并系统地显示超导宇宙弦环可以满足这些条件的区域中的$Gμ-I$参数空间。
2022-02-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc