Direct Collapse to Supermassive Black Hole Seeds with Radiative Transfer: Isolated Halos
暗物质晕内的直接坍缩是形成高红移超大质量黑洞种子的一条有效途径。这种坍缩的外部仍然是光学薄的,并且已经使用数值模拟进行了深入的研究。然而,坍缩的最内部区域预计会变得光学厚,需要我们跟踪辐射场,以了解其随后的演变。到目前为止,绝热近似仅用于此目的。我们应用辐射转移在通量限制扩散(FLD)近似解决耦合气体和辐射的演化,孤立的晕。对于孤立DM晕内的直接坍缩,我们发现:(1)光球在~10^{-6} pc时形成并迅速向外膨胀。(2)一个中央核心的形式,与质量的~1钼,支持热气体压力梯度和旋转。(3)(4)这一过程伴随着强烈的各向异性外流,另一个核在附近形成并迅速生长。(5)从这些核心周围的光球层发出的典型辐射光度约为5 x 10^{37}-5 x 10^{38}尔格/秒,与爱丁顿光度相当。(6)这一过程有两个变率时间尺度:一个是长变率,与中心~10^{-4}-10 ^{-3} pc的吸积流有关;另一个变率时间尺度为~0.1年,与辐射扩散有关。(7)绝热模型已经运行的比较和他们的演变深刻不同的FLD模型,通过形成一个中心的几何厚盘。总的来说,绝热状态方程不是直接坍缩高级阶段的良好近似,主要是因为FLD中的辐射能够由于光学深度和相关梯度的各向异性而逃逸。
2018-04-12 astro-ph.GA
Identification of Candidate Halos Hosting Massive Black Hole Seeds in the $\textit{Renaissance}$ Simulations with Support Vector Machines
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
本文利用支持向量机识别早期宇宙中可能形成直接坍缩黑洞的暗物质晕,通过优化模型参数和特征选择,确定金属licity、Lyman-Werner辐射通量和暗物质星系质量等关键参数,为宇宙学模拟提供概率性种子形成方案。
2026-04-27 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
Positive or Negative? The Impact of X-ray Feedback on the Formation of Direct Collapse Black Hole Seeds
附近的莱曼-维尔纳(LW)光子源被认为是离解H $_2$并允许形成直接坍缩黑洞种子的中心组成部分。附近的辐射源预计也会产生大量的氢电离光子和X射线光子。在这里,我们研究的反馈效应的X射线光子,包括光谱由于高质量的X射线双星上的星系与恒星光谱。我们明确地追踪从附近源出现的光子包,并追踪多频源($(E_{\rm photon} = \rm{0.76\ eV \rightarrow 7500\ eV}$)的辐射和化学效应。我们发现,X射线有一个强烈的负反馈效应,相比恒星的唯一来源,当辐射源被放置在一个大于$\gtrsim 1 \ \rm kpc$的分离。X射线加热了围绕着坍缩晕的包层中的低密度和中密度气体,从而抑制了物质的流入。其结果是一个较小的封闭质量相比,恒星的情况下,只有。然而,对于$\lesssim 1 \ \rm kpc$的分离,X射线的反馈效应变得有些中性。在近距离处增强的LW强度使更多的H $_2$解离,并且这种气体仅由于恒星光子而被加热,因此X射线的增加并不显著。这种X射线反馈的距离依赖性表明,适居带存在于靠近形成中的星系,在那里X射线光子具有小得多的负反馈效应,并且存在创造大质量黑洞种子的理想条件。
2016-06-24 astro-ph.GA
Forming massive seed black holes in high-redshift quasar host progenitors
当宇宙年龄小于1 Gyr时,质量为$10^9\rm\, M_\odot$量级的大质量黑洞(BH)的存在为明亮的类星体提供了动力,这对它们的形成机制构成了强有力的限制。到目前为止,已经提出了几种方案来解释大规模BH的形成,从第一代恒星的低质量种子BH残留物到大质量气体云快速坍缩产生的大质量种子BH。然而,其中一些场景发生在高Z类星体的祖先内的可能性尚未得到彻底的探索。在这项工作中,我们调查,通过结合暗物质只有N体模拟与半解析框架,是否形成大规模的种子黑洞从同步的原子冷却晕对和/或动态加热的迷你晕的条件得到满足,在过密的地区,一个典型的高红移类星体主机的祖先的形式和演变。我们的分析表明,在这样的地区,即强大的晕集群和高恒星形成率的特殊条件,是至关重要的,以产生一个不可忽略的大量种子BH主机候选人:我们发现$\approx1400$动态加热的无金属的迷你晕,其中包括一个演变成一个同步对,并最终在大规模的类星体主机晕由$z=6$。这表明,高红移类星体宿主晕的祖先可以窝藏早期的大质量种子黑洞。我们的研究结果进一步表明,多个大质量的种子黑洞可能形成在类星体宿主的祖先或附近,可能在较低的红移合并,并产生引力波事件。
2022-01-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
How Black Holes Stop Their Host Galaxy from Growing Without AGN Feedback
具有$M_{\bullet} \sim 10^9 $ M $_{\odot}$在$z>6$的超大质量黑洞(SMBH)可能起源于大质量种子黑洞(BH)。我们研究了用直接坍缩黑洞(DCBH)($M_{\bullet}=10^{4-6}\, \mathrm{M}_\odot$)播种SMBH对原星系盘生长的影响。我们表明,即使在没有直接反馈效应的情况下,种子BH的增长减少了宿主星系盘中引力不稳定性的发展,抑制恒星的形成,并将恒星限制在盘中的一个狭窄的环中,并导致$z \sim 6$的星系位于本地BH-恒星质量关系之上。宇宙和黑洞吸积率的相对大小决定了黑洞-恒星质量关系的演化。对于典型的DCBH形成时期,$z_{\rm{i}} \sim 10$,我们发现恒星的形成被抑制在晕生长的平均速率预测的$Λ$ CDM主机BH能够达到$M_{\bullet}\sim 10^9 \, \mathrm{M}_{\odot}$的$z\gtrsim6$。生长较慢的黑洞会导致恒星形成的开始延迟;以$0.25$乘以爱丁顿极限的速度生长的$M_{\bullet} \sim 10^6 $ M $_{\odot}$种子会延迟$\sim100$ Myr的恒星形成。如果晕圈生长速率增加$\sim 0.6\, σ$,则该延迟减少一个$\sim10$因子。我们的研究结果表明,SMBH种子DCBH和它们的宿主星系形成在单独的祖晕。…
2018-11-13 astro-ph.GA
On the number density of "direct collapse" black hole seeds
数百万太阳质量以上的超大质量黑洞(BH)位于大多数本星系的中心,但它们也为活动星系核和类星体提供能量,直到z=7。这一观测证据对BH的生长和第一批BH种子的质量提出了强有力的限制。“直接坍缩”的情况非常吸引人,因为它导致了质量在10^4-10^6兆太阳的大质量黑洞种子的形成,这就很容易解释z=6-7的类星体是如何由质量大于10^9兆太阳的黑洞提供动力的。然而,直接坍缩似乎是罕见的,因为这种情况所需的条件是气体不含金属,存在强的光离解莱曼-维尔纳通量,以及在晕中心有大量气体流入,持续了10-100万年。我们进行了几个宇宙学流体动力学模拟,涵盖了大范围的盒子大小和分辨率,从而使我们能够了解几个物理过程对直接坍缩黑洞分布的影响。我们确定的直接崩溃可能发生的晕,并推导出BH的数密度。我们还调查流体动力学模拟,直接或后处理,和半分析研究之间的差异。我们发现,直接崩溃帐户BH在正常星系中,直接崩溃所需的临界莱曼-维尔纳通量必须远远低于预测的三维模拟,包括详细的化学模型。然而,当超新星反馈是相对较弱的,足够的直接崩溃BH解释z=6-7类星体,可以得到更现实的临界莱曼维尔纳通量值。
2019-12-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Chasing the observational signatures of seed black holes at z > 7: candidate observability
观测第一个吸积黑洞(BH)发出的光将大大提高我们对z > 6的类星体形成的理解,可能揭示它们的超大质量黑洞(SMBH)种子的性质。在以前的工作中,我们探讨了两个主要的竞争BH种子形成渠道,人口III残留物(低质量的种子)和直接崩溃BH(高质量的种子)的相对作用,在宇宙学背景下调查其宿主星系的属性。在此基础上,我们预测了在z~6 SMBH的祖先中选择的低质量和高质量BH种子的光谱能量分布和观测特征。我们利用光电离程序Cloudy计算了吸积黑洞和恒星的辐射,并考虑了宇宙学数据约束模型GAMETE/QSOdust预测的主星系星际介质中金属丰度和尘埃-气体质量比的演化。我们展示了未来的任务,如JWST和ATHENA将能够检测到来自SMBH祖细胞的光已经在z~16。我们建立在以前的补充研究,并提出了一种方法的基础上,近红外(NIR)的颜色,红外过量(IRX)和紫外线连续斜率(即颜色-颜色和IRX-Beta图)的综合分析,以区分生长的种子BH宿主星系从星暴占主导地位的系统在JWST调查。通过这一标准选择的源将是后续X射线观测的最佳目标。
2018-01-24 astro-ph.GA
Feeding the Void: Co-evolution of the SIDM-seeded Black Hole and the dark halo after core-collapse
Texas A&M University(德州农工大学);The Ohio State University(俄亥俄州立大学);Carnegie Observatories(卡内基观测站);University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校)
本文通过新颖N体框架模拟SIDM晕核心坍缩后黑洞吸积,发现黑洞质量可达总晕质量的5%-12%,并产生与强透镜JVAS B1938+666异常相符的结构印记。
2026-09-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
The First Massive Black Hole Seeds and Their Hosts
我们研究了高红移星系中第一个大质量黑洞的形成,目的是提供关于哪些星系有或没有大质量黑洞的见解。在SPH+ N体宇宙学模拟中,我们采用了一种新的方法在星系晕中形成种子黑洞。大质量黑洞种子的形成直接取决于局部气体密度、温度和金属丰度,并受大质量黑洞形成的物理模型的激励。我们探讨种子黑洞人口作为晕质量和红移的函数,并研究如何改变大规模黑洞种子形成的效率影响黑洞和它们的主机之间的关系。种子黑洞倾向于形成质量在10^7 ~ 10^9 Msun之间的晕,由于金属在星系际介质中的扩散,在z = 5附近的形成速率受到抑制。我们发现大质量黑洞的形成时间和黑洞的占有率是宿主晕质量的函数。当z = 5时,质量M_halo > 3 x 10^9 Msun的晕拥有大质量黑洞,而与种子形成效率无关,而较小晕的占据分数随着黑洞形成效率的增加而增加。我们的模拟解释了为什么大质量黑洞会出现在一些无球星系和矮星系中,但我们也预测它们在低质量系统中的出现会越来越罕见。
2011-09-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Evolution of high-redshift quasar hosts and promotion of massive black hole seed formation
由质量为$\gtrsim 10^9 M_\odot$的超大质量黑洞(SMBH)吸积提供动力的高红移发光类星体限制了它们的形成路径。我们调查的形成沉重的种子SMBHs通过气体崩溃的类星体的主机祖星,合并树跟踪晕生长在高度偏置的,过密的宇宙区域。前身晕很可能是受到附近恒星形成星系的强烈H $_2$光离解辐射的照射,并通过连续的合并加热内部气体。合并产生的气体动能以及重子流运动阻止了气体坍缩,并推迟了先前的恒星形成。随着流动速度高于均方根值,气体云在几乎所有$10^4$实现的合并树进入原子冷却阶段,并开始通过Ly $α$冷却与$T \simeq 8000 K$等温塌陷。等温气体坍塌的树木的分数是$14\%$,并与流动速度增加,而其余的形式H $_2$冷却的核心后,短的等温阶段。如果塌陷气体富集到$Z_{crit}\sim 2\times 10^{-3} Z_\odot$,需要有效的金属混合,则可以通过经由金属精细结构线的额外冷却来减少该部分。在大质量坍缩气体中,新生原恒星的吸积速率在$3 \times 10^{-3}-5 M_\odot yr^{-1}$之间,其中大部分超过抑制恒星辐射反馈的临界速率。因此,我们预计恒星质量(可能是BH质量)的分布范围从几百到$10^5 M_\odot$以上,可能形成大质量BH双星合并并产生引力波事件。
2021-06-15 astro-ph.GA
How long do high-redshift massive black hole seeds remain outliers in black hole vs. host galaxy relations?
在我们对黑洞形成和增长的传统理解中,宇宙最初10亿年内是否存在$10^9\ {\rm M_\odot}$超大质量黑洞(SMBH)仍然是一个谜。几个建议的形成途径,这些SMBH导致一个沉重的种子,与初始黑洞质量的$10^4-10^6~{\rm M_\odot}$。这可能导致一个质量过大的BH星系(OMBG),其核黑洞的质量与周围恒星的质量相当,甚至更大:黑洞与恒星的质量比为$M_{\rm bh}/M_* \gg 10^{-3}$,远远超过了较低红移的典型值。我们调查多久,这些新生的BH仍然在$M_{\rm bh}-M_{*}$关系的离群值,通过探索先前在\texttt{Renaissance}模拟中确定的两个OMBG的后续演变。我们发现两个OMBG在它们的整个生命周期中都有$M_{\rm bh}/M_* > 1$,从它们在$z\approx 15$出生,直到它们在$z\approx 8$与更大质量的晕合并。我们发现,OMBG是空间上可分辨的,从他们更大规模的,$10^{11}~{\rm M_\odot}$,相邻的晕,直到他们的合并是在$z\approx 8$完成。这为未来的观测提供了一个窗口,通过探测类似的OMBG并建立其独特的高黑洞-恒星质量比,用PDMATHAMV JWST和灵敏的X射线望远镜来诊断重种子情景。
2022-12-13 astro-ph.GA
Diagnosing the massive-seed pathway to high-redshift black holes: statistics of the evolving black hole to host galaxy mass ratio
本文通过蒙特卡洛并合树模拟五万个承载大质量种子黑洞的原星系,研究黑洞与宿主星系质量比的演化,发现高达60%的超大质量黑洞星系在数亿年内保持离群状态,为利用JWST和X射线望远镜诊断早期超大质量黑洞的大质量种子形成路径提供了统计依据。
2024-06-07 astro-ph.GA
Supermassive Black Hole Seed Formation at High Redshifts: Long-Term Evolution of the Direct Collapse
利用宇宙学自适应网格加密(AMR)程序恩佐(Enzo)放大模拟,研究了高红移下暗物质(DM)晕中坍缩气体的长期演化。这种直接坍缩过程是在高z下快速形成超大质量黑洞(SMBH)种子的主要候选者。为了避免小半径下的Courant条件,我们采用了sink粒子方法,并着重研究了~0.01-10 pc尺度下的演化。塌缩分两个阶段进行,第二次失控发生在中央10 pc内,没有检测到碎片。当坍缩气体需要在最高细化水平下对网格尺寸进行额外细化时,形成下沉颗粒。它们的质量从未超过~10^3 Mo,唯一的例外是中心种子在~ 200万年内急剧增长到~ 2 x 10^6 Mo,这证实了这条通往SMBH的路径的可行性。吸积气体中角动量轴的时间变化导致两个错位盘的形成-一个小的内盘和一个更大的外盘,外盘与内盘倾斜约45 °。这些圆盘的自引力被严重稀释-两个圆盘都位于中心种子的罗氏极限内。虽然内盘是几何薄和弱不对称的,外盘耀斑由于湍流运动的结果,大量流入沿一对穿透细丝。通过细丝流入的几何形状决定了这个圆盘中的主傅立叶模式和次傅立叶模式-这些模式具有非自引力的起源。我们不确认m=1是一个主要的模式,驱动流入的存在下,一个中心的大质量物体。虽然盘的位置取决于选择打破自相似坍缩的尺度,但整体配置似乎是通用的,并且预计将在中心种子变得足够大时形成。
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
The impact of reionization on the formation of supermassive black hole seeds
直接坍缩黑洞(DCBH)是由早期宇宙中原子冷却的原始气体坍缩形成的,是超大质量黑洞种子的有力候选者。DCBH被认为是在存在强分子解离的莱曼-沃纳(LW)辐射场的情况下在原子冷却晕中形成的。在这种情况下,恒星形成星系可能是LW辐射的来源,来自这些星系的电离辐射可能伴随着LW辐射。我们目前的宇宙学模拟解决的原始气体坍缩成一个原子冷却晕,包括LW和电离辐射的影响。我们发现,在气体没有自屏蔽电离辐射的情况下,坍缩可以延迟约2500万年。当电离的气体确实坍缩时,存在的自由电子催化H2的形成。反过来,H2冷却在晕的中心变得有效,并且防止了DCBH的形成。然而,我们强调,在许多情况下,气体坍缩成原子冷却晕在高红移是自屏蔽电离辐射。因此,只有在一小部分这样的晕中,DCBH的形成由于再电离而被阻止。
2015-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Blossoms from black hole seeds: properties and early growth regulated by supernova feedback
大质量黑洞(BH)存在于本地星系中,包括银河系和一些矮星系。黑洞的形成发生在宇宙早期,必须解释今天星系中黑洞的性质,特别是为什么有些星系拥有黑洞,而另一些星系没有。我们调查的形成,分布和生长的BH“种子”使用自适应网格加密代码Ramses。我们开发了一个实现BH形成在密集,低金属含量的环境中,所倡导的模型调用的第一代恒星的崩溃,或致密的核星团。种子质量是根据恒星形成速率和恒星初始质量函数逐个计算的。这种自洽的方法种子黑洞使我们能够研究黑洞在宇宙学背景下的分布及其随宇宙时间的演化。我们发现,所有高质量的星系往往是一个主机的BH,而低质量的同行有一个较低的概率托管BH。在BH形成时代结束后,这种概率受到星系生长的调制。模拟的黑洞连接到低红移观测样本,并跨越了类似的范围内的吸积性质的莱曼-破裂类似物。低质量星系中黑洞的生长受到强烈的超新星反馈的阻碍。因此,矮星系中黑洞的性质仍然是黑洞形成的实验平台。模拟与强大的超新星反馈,这是能够淬火BH吸积浅势阱,产生星系和BH更好地符合观测约束。
2017-07-26 astro-ph.GA
What if young z>9 JWST galaxies hosted massive black holes?
JWST正在发现光度红移为$z>9$且衰减很小的恒星形成“候选”星系。我们在这样的星系中建立了假定的大质量黑洞(MBH)模型,发现它们的无遮蔽发射比JWST滤波器中的星系星光更微弱,并且难以通过颜色选择以及X射线和射电观测来检测。只有MBH相对于预期的星系标度关系过大,以高爱丁顿速率吸积,才能被探测到。他们的发现将指向重MBH种子的存在,但需要注意排除较轻种子的存在,因为在这种类型的星系中只能检测到超大质量的MBH。相反,如果这些星系中没有超大质量的MBH,那么要么没有重的种子,要么它们很罕见。质量最大/红移最高的候选星系如果沿着SFR质量序列生长,可以在z~6处达到超过5e 10 Msun的恒星质量,并且可以在z~6处养育从~ 1 e5 Msun到> 3e 7 Msun的MBH,成为一些z>6类星体的宿主。log(M_{gal} /Msun)~8的候选星系不能快速生长它们的假定种子,除非种子大于1 e6 Msun。JWST候选星系的数量密度远远超过了z最高的类星体宿主,这使得每1000个这样的星系中只有1个明亮的z~6-7类星体。
2023-03-03 astro-ph.GA astro-ph.HE
The Direct Collapse of a Massive Black Hole Seed Under the Influence of an Anisotropic Lyman-Werner Source
超大质量黑洞种子形成的直接坍缩模型为现在在$z \gtrsim 6$常规观测到的类星体的起源提供了一个有吸引力的解决方案。我们使用自适应网格加密程序Enzo模拟了高红移气体的坍缩,包括H,He和H $_2$的九种化学模型。直接坍缩模型要求气体主要通过氢原子冷却。为此,我们模拟的各向异性辐射源的高红移晕的崩溃的效果。辐射源放置在距离塌陷物体3 kpc(物理)的位置。光源设置为仅在$12.8 \ \rm{eV}$处的莱曼-沃纳(LW)带中心单色发射。利用射线追踪技术自洽地跟踪了高红移源发出的长波辐射。我们发现,由于自屏蔽,少量的H $_2$是能够形成在非常中心的坍缩晕,即使在非常强的LW辐射。此外,我们发现,需要一个辐射源,每秒发射$> 10^{54}\ (\sim10^3\ \rm{J_{21}})$光子,以引起$\rm{M \sim 10^5}$ M $_{\odot}$团的崩溃。坍缩天体的吸积率为$\sim 0.25$ M $_{\odot}$ $\rm{yr^{-1}}$。我们的结果显示显着的差异,相比各向同性辐射场的情况下,在H $_2$分数在等效半径。这些差异将显著影响崩溃的动力学。在强各向异性辐射源的作用下,坍缩物体的最终质量为$\rm{M \sim 10^5}$ M $_{\odot}$ .这与超大质量恒星或准恒星形成超大质量黑洞的预测是一致的。
2014-09-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
The role of gravitational recoil in the assembly of massive black hole seeds
当两个黑洞合并时,引力波的不对称发射为合并的系统提供了一个脉冲;这个引力波反冲速度可以达到4000 km/s $^{-1}$,足以让黑洞逃离它的宿主星系。我们结合半解析建模与宇宙学放大模拟的银河系型星系调查的作用,黑洞自旋和引力反冲的时代的大规模黑洞播种。我们采样四种不同的自旋分布(随机,对齐,反对齐,零自旋),并比较由此产生的合并率,占用分数,MBH主机的关系与预期的不包括反冲的影响。在MBH籽晶的组装中包括重力反冲和MBH自旋可以将最终的$z=5$ MBH质量降低高达一个数量级。然而,由于反冲事件后黑洞形成的插曲,MBH占据分数保持有效不变。虽然不太可能对这些事件进行电磁探测,但LISA非常适合探测来自此类事件的引力波信号。
2020-02-12 astro-ph.GA
Accelerating massive galaxy formation with primordial black hole seed nuclei
Swinburne University(斯威本大学);ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics(暗物质粒子物理卓越中心)
研究提出原初黑洞种子核能加速大规模星系形成,通过缩短组装时间并产生低表面亮度星系。
2026-03-05 astro-ph.GA
MESA-QUEST: Tracing the formation of direct collapse black hole seeds via quasi-stars
Yale University(耶鲁大学);Illinois State University(伊利诺伊州立大学);University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
MESA-QUEST通过建模准星体探索直接坍缩黑洞种子的形成机制,发现饱和对流可使黑洞质量占比达0.55M_*,但强辐射风可能抑制其生长。
2026-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Direct collapse to supermassive black hole seeds: the critical conditions for suppression of $\rm H_2$ cooling
对高红移类星体的观测意味着已经存在z~ 7.5的超大质量黑洞。一个吸引人的和有前途的途径,它们的形成是直接崩溃的情况下,原始气体的原子冷却晕在z ~ 10 - 20,当$\rm H_2$形成抑制强背景辐射场,其强度超过一个临界值,$J_{\rm crit}$。为了估计$J_{\rm crit}$,通常,研究假设理想化的光谱,具有固定的$\rm H_{2}$光解离速率$k_{\rm H_2}$与$\rm H^-$光脱离速率$k_{\rm H^-}$的比率。然而,由于背景辐射场的性质并不确切,这种假设的范围可能过于狭窄。在这项工作中,我们认为,抑制$\rm H_2$冷却的塌缩气体的临界条件可以描述在一个更一般的方式由$k_{\rm H_2}$和$k_{\rm H^-}$参数的组合。通过一系列的宇宙学放大模拟与一个包含一套$k_{\rm H_2}$和$k_{\rm H^-}$,我们检查的气体流以下的吸积流的基本参数的演变。我们测试在什么条件下的气体演化是由$\rm H_{2}$和/或原子冷却为主。我们证实了在$k_{\rm H_2}-k_{\rm H^-}$平面上存在一条临界曲线,并给出了一个解析拟合。该曲线依赖于直接坍缩的条件,揭示了原子冷却超过分子冷却的区域。在此基础上,采用三种方法对$\rm H_{2}$中的有效柱密度进行近似,考虑了$\rm H_{2}$自屏蔽对临界曲线的影响。我…
2020-01-17 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
The effects of metallicity and cooling physics on fragmentation: implications on direct-collapse black hole formation
原始气体云的直接坍缩是超大质量黑洞种子形成的一个有希望的通道。我们进行了一套三维流体动力学模拟的孤立的湍流气体云,调查有利于形成大规模的黑洞种子通过直接崩溃的条件,探测云金属丰度,气体温度地板和冷却物理云碎片的影响。我们发现金属丰度没有阈值,这产生了一个急剧下降的碎片。当分子冷却不存在时,金属性对碎裂的影响很小。当存在分子冷却时,碎片化最多被$\sim 25\%$抑制,在金属丰度低于$2\%$太阳能时看到最大的抑制。气体温度下限$\sim 10^{4}$ K在任何参数选择中产生最大的碎裂下降,使碎裂减少$\sim 60\%$。在金属丰度低于$2\%$太阳能或在温度$\sim 10^{3}$ K,我们看到减少碎片$\sim 20-25 \%$。对于金属丰度$2\%$太阳能以上,温度低于$10^3$ K的云,温度底,金属丰度和冷却物理的详细选择对碎片的影响很小。
2018-03-17 astro-ph.GA
Metallicity evolution of direct collapse black hole hosts: CR7 as a case study
在这项研究中,我们集中在$z\sim6.6$莱曼- $α$ CR 7组成的集群A是主机的潜在直接崩溃黑洞(DCBH),和两个金属富集的恒星形成集群B和C。与金属特征排除DCBH存在的说法相反,我们表明,来自恒星形成团块B和C的A的金属污染是不可避免的,并且A可以在其金属丰度超过$10^{-5}-10^{-6}\ \rm Z_{\odot}$的临界阈值之前形成DCBH。假设金属混合瞬间发生,我们根据B和C的恒星形成历史推导出A的金属丰度。我们发现,将A中$10^6-10^7\ \rm M_{\odot}$的最终吸积黑洞处理为星云发射已经将其$H_{160}$ - [3.6]和[3.6]-[4.5]色推到3 $σ$观测极限。因此,我们表明,在DCBH主机中的金属的存在是不可避免的,这是共同进化的LW辐射场和金属来自邻近星系,管辖DCBH形成在一个邻近的{最初}原始原子冷却晕。
2017-04-24 astro-ph.GA
Conditions for direct black hole seed collapse near a radio-loud quasar 1 Gyr after the Big Bang
对z~6的发光类星体及其超大质量黑洞的观测表明,它们形成于宇宙早期的致密物质峰。然而,很少有研究发现类星体位于宇宙密度峰值的确切证据,这与理论预测形成鲜明对比。在这里,我们提出了新的证据,无线电响亮的类星体SDSS J 0836 +0054在z=5.8可能是一个令人惊讶的丰富的星系结构的一部分。这一结论是通过结合文献中先前报道的许多发现得出的:Bosman等人(2020)获得了三个伴星系的红移,证实了Zheng等人(2006)发现的i-dropouts的密度过高。通过将这种结构与其他类星体附近的结构和z~6-7处的大过密区域进行比较,我们发现SDSS J 0836 +0054场是在这些红移处已知的致密结构之一。其中一个光谱伴星是一个非常巨大的恒星形成星系(log M_*/M_sun ~ 10.3),这是根据Spitzer 3.6 μ m图像清晰地探测到的。这表明类星体场拥有的不是一个,而是至少两个罕见的大质量暗物质晕(log M_halo/M_sun > 12),对应的星系密度至少为20。我们讨论了年轻射电源的性质。我们的结论是,SDSS J 0836 +0054的环境类似,至少在定性上,根据最近的理论,可能刺激了大质量黑洞种子直接坍缩的条件类型。
2021-12-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hunting the first Cosmic Giants: formation and detectability of Direct Collapse Black Holes around high-redshift quasars
University of Edinburgh(爱丁堡大学);Università degli Studi dell’Insubria(因苏布利亚大学);INAF/Osservatorio Astronomico di Roma(罗马天文台国家 Astrophysics 研究所);INFN, Sezione di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学 INFN 分部);Institute of Science and Technology Austria (ISTA)(奥地利科学与理工学院);Columbia University(哥伦比亚大学);Institut d’Astrophysique de Paris, Sorbonne Université(巴黎天体物理研究所,索邦大学)
研究通过JWST观测探测高红移类星体周围可能存在的直接坍缩黑洞种子,揭示其形成机制与观测策略。
2026-07-24 astro-ph.GA
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
Direct Collapse to Precursors of Supermassive Black Hole Seeds:Radiation-feedback-generated Outflows
本文通过高分辨率宇宙学模拟研究直接坍缩中辐射反馈驱动的外流,发现风驱动壳层可突破中心秒差距并到达暗物质晕维里半径,为超大质量黑洞种子形成提供新见解。
2023-09-25 astro-ph.GA
Reconstructing PTA measurements via early seeding of supermassive black holes
Colgate University(科尔盖特大学);University of Auckland(奥克兰大学)
基于脉冲星计时阵列纳赫兹信号可能由超大质量黑洞双星主导及高红移类星体观测,计算早期种子超大质量黑洞对PTA信号的影响,探讨暗星坍缩等种子形成机制,表明暗星种子SMBH或为主要贡献者并给出设定种子数密度上限的方法。
2026-07-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Supermassive black hole seeds from direct collapse of CDM-curvature peaks
University of Canterbury(坎特伯雷大学);Institute of Cosmology & Gravitation, University of Portsmouth(朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所);INFN Sezione di Trieste(的里雅斯特意大利国家核物理研究所);Rikkyo University(立教大学);iCLA, Yamanashi Gakuin University(山梨学院大学国际基督教学习中心);Centre for Theoretical Physics, Jamia Millia Islamia(贾米亚米利亚伊斯兰大学理论物理中心)
利用完全非线性相对论框架,研究冷暗物质曲率峰直接坍缩形成超大质量黑洞种子,发现宽补偿曲率峰在红移大于5时形成10^3-10^6太阳质量的黑洞。
2026-05-28 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Songlines from Direct Collapse Seed Black Holes: Effects of X-rays on Black Hole Growth and Stellar Populations
在过去的十年中,超大质量黑洞(SMBH)的增长与星系的形成和演化有着错综复杂的联系,并且是星系组装的关键因素。为了研究SMBH的起源,我们进行了宇宙学模拟,目标直接坍缩黑洞(DCBH)种子形成的情况下,存在两个不同的强莱曼-沃纳(LW)背景场。这些模拟包括来自中心大质量黑洞(MBH)的X射线辐射、$\rm{H}_2$的自屏蔽以及来自无金属和富金属恒星的恒星反馈。我们发现,在这两个模拟中,本地X射线反馈诱导无金属恒星形成$\sim 0.5$ MYR后MBH的形式。MBH吸积速率在两个模拟中都达到最大值$10^{-3}$ $M_{\odot}$ yr $^{-1}$。然而,占空比不同,对于高和低LW情况,分别导出为$6\%$和$50\%$。与低LW情况下的$16\%$相比,高LW情况下的MBH仅在1亿年内增长$\sim 6\%$。我们发现,最大吸积速率由局部气体热力学决定,而占空比则由大尺度气体动力学和气藏决定。我们的结论是,辐射反馈中央MBH在恒星形成的核区域和窒息初始MBH的增长中起着重要的作用,相对于典型的爱丁顿速率参数,和初始MBH的增长可能会受到本地LW辐射场。
2014-10-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Direct-collapse black hole formation induced by internal radiation of host halos
我们估计通过直接坍缩(DC)方案形成的超大质量黑洞(SMBHs)的晕的分数,通过使用宇宙学N体模拟结合星系演化的半解析模型。虽然在大多数早期的研究中,DC的发生仅限于化学原始晕,我们在这里假设,DC也可以发生在晕金属低于阈值$Z_{\rm th} = 0$ - $10^{-3}~{\rm Z}_{\bigodot}$,考虑到超竞争吸积途径DC黑洞(DCBH)的形成。此外,我们首次考虑了宿主晕内恒星的莱曼-沃纳(LW)辐射的影响,即,内部辐射我们发现,与低阈值金属丰度的$Z_{\rm th} \leq 10^{-4}~{\rm Z}_{\bigodot}$,列入内部辐射,而减少了数密度的DCBH从$0.2$ -$0.3$ $0.03$- $0.06~{\rm Mpc}^{-3}$。这是因为恒星的形成由于自我调节而受到抑制,并且邻近晕发射的LW通量减少。只有当$Z_{\rm th}$与$10^{-3}~{\rm Z}_{\bigodot}$一样高时,内辐射才能增强DCBH从$0.4$到$1~{\rm Mpc}^{-3}$的数密度,从而降低阈值晕圈质量,高于该质量,至少一种DCBH从$2\times 10^{9}$形成为$9\times 10^{8}~{\rm M}_{\bigodot}$。我们还发现,具有$M_{\rm halo} \gtrsim 10^{11}$ -- $10^{12…
2023-03-03 astro-ph.GA
Gravitational Wave Signals from the First Massive Black Hole Seeds
最近的数值模拟表明,原始气体在原子冷却晕中的等温坍缩可能导致具有$M_* \gtrsim 10^4\ \mathrm{M}_{\odot}$的超大质量恒星双星。对于第一次,我们计算的就地合并率,这样的大规模黑洞残余物相结合的丰度和多重性的估计。对于初始质量在$10^{4-6} \ \mathrm{M}_{\odot}$范围内的黑洞,在红移$z \gtrsim 15$处合并,我们的乐观模型预测LISA应该能够检测到每年0.6次合并。这种探测率可以毫无疑问地归因于超大质量恒星坍缩产生的种子就地合并。同样,在LISA没有观测到来自$z \gtrsim 15$重种子的合并的情况下,我们可以限制这些高红移系统的合并数密度、多重性和合并时间。这封信提出引力波签名作为一种手段来约束理论模型和过程,这些模型和过程控制着早期宇宙中大量黑洞种子的丰度。
2018-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
The seeds of supermassive black holes and the role of local radiation and metal spreading
我们提出了宇宙流体动力学模拟,包括原子和分子的非平衡化学,多频辐射转移(0.7-100 eV的采样超过150个频率箱)和恒星星族演变来研究的主机候选人的超大质量黑洞的种子来自直接坍缩的气体在原始晕(直接坍缩黑洞,DCBH)。我们一贯地址所发挥的作用,原子和分子冷却,恒星辐射和金属扩散的C,N,O,Ne,Mg,Si,S,Ca,Fe等。从原始来源,以及它们的影响下,不同的假设早期源发射率,初始质量函数和金属产量附近的静止原星系。我们发现,假定的DCBH主机候选人需要强大的原始恒星世代,因为常见的太阳类恒星和热OB型恒星既不能确定直接坍缩的条件,也不能建立一个解离的莱曼-沃纳背景辐射场。热和分子特征的DCBH主机候选人的情况下,非常大质量的原始恒星似乎有利,照明莱曼-沃纳强度具有1-50 J21的值。然而,额外的非线性过程,如合并事件,子结构的形成,旋转运动和光蒸发,应抑制纯DCBH的形成在2/3的情况下。局部湍流可以延迟气体的直接坍缩,几乎与其他环境条件无关。距离小于5千秒差距的大莱曼-维尔纳通量的影响受到金属污染的严重限制。
2019-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
An analytic resolution to the competition between Lyman-Werner radiation and metal winds in direct collapse black hole hosts
一个接近恒星形成星系的原始原子冷却晕提供了一个形成大质量直接坍缩黑洞(DCBH)种子的天然途径,这些种子可能是$z>6$红移类星体的祖先。晕的紧密接近使得足够的莱曼-维尔纳通量能够有效地解离原子冷却晕的核心中的H $_2$。一个温和的背景也可能需要延迟恒星形成的原子冷却晕,往往归因于遥远的背景星系。在这封信中,我们调查的影响,金属富集的背景星系和密切的恒星形成星系在极其不利的条件下,如瞬时金属混合。我们发现在DCBH形成的时间窗口内,富集水平从未超过临界阈值(Z $_{cr} \sim 1 \times 10^{-5} \ \rm Z_{\odot})$),并达到最大金属丰度Z $\sim 2 \times 10^{-6} \ \rm Z_{\odot}$。随着系统的发展,金属丰度最终超过临界阈值,在DCBH形成很久之后。
2017-03-23 astro-ph.GA
Overmassive black holes in dwarf galaxies out to z$\sim$0.9 in the VIPERS survey
本研究在 VIPERS survey 中发现了 7 个位于矮星系中的宽线 AGN,其黑洞质量超过 $10^7$ M$_{\odot}$,相对于宿主星系表现出超大质量特征,揭示了本地大质量星系中的 SMBHs 可能起源于高红移矮星系中的种子黑洞。
2022-12-28 astro-ph.GA
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
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
Constraining the high redshift formation of black hole seeds in nuclear star clusters with gas inflows
在本文中,我们探讨了黑洞种子形成的一种可能的途径,呼吁戴维斯,米勒和Bellovary谁认为的情况下,一个致密的恒星黑洞集群的动态崩溃的气体流入的模型。在这里,我们在广泛的宇宙学背景下探讨这个案例。工作假设是:(i)核星团在高红移下形成于暗物质晕中的前星系盘中,为恒星黑洞在其核心中的形成提供了合适的环境,(ii)由于生长盘中的不稳定性和/或与其他富含气体的晕合并,主要的中心气体流入这些星团,以及(iii)流入之后,由于势阱变陡,核心中的恒星黑洞避免了抛射,导致核心坍缩并形成$<~ 1000\, \rm M_\odot$的大质量种子。我们模拟了一个追踪暗物质晕和其中嵌入的重子的建立的宇宙学盒子,并用半解析模型探讨了星系团的演化。我们表明,这条路线是可行的,峰值在红移$z <~ 10$,并发生在伴随着形成的种子从其他渠道。该通道是竞争相对于其他的,是独立的母集群的金属含量。这种气体驱动核心坍缩的机制需要质量至少是母星团质量十倍的流入,发生的时间尺度要短于恒星黑洞从核心蒸发/喷出的时间。在这方面,结果提供了该过程的频率上限。
2014-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Compact [OIII] emission-line regions ("Green Seeds") in $\mathrm{Hα}$ emitters at Cosmic Noon from JWST Observations
基于JWST JADES巡天数据,研究宇宙正午时期Hα发射体中的致密[OIII]发射线区(Green Seeds),发现其高等效宽度和可能的LyC泄漏,推测其形成机制及作为球状星团前体的潜力。
2025-03-01 astro-ph.GA
Growth of high redshift supermassive black holes from heavy seeds in the BRAHMA cosmological simulations: Implications of overmassive black holes
本研究利用BRAHMA宇宙学模拟探究高红移超重黑洞的增长机制,发现重种子模型需放宽条件并缩短黑洞并合延迟才能匹配观测结果,为早期黑洞形成提供了约束。
2024-06-20 astro-ph.GA
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. II: Impact of rate coefficient uncertainties
我们调查的不确定性的化学和冷却速率系数相关的无金属气体影响我们的能力,以确定抑制H2冷却高红移原子冷却晕所需的临界紫外线场强。抑制H2冷却是气体直接坍缩并形成中等质量黑洞的必要前提。然后,这些黑洞可以作为在红移$z \sim 6$处观察到的超大质量黑洞(SMBH)生长的种子。SMBH形成的这个模型的可行性取决于临界紫外线场强度,Jcrit:如果这是太大,那么太少的种子将形成解释所观察到的SMBH的数量密度。我们在本文中,有五个关键的化学反应,其速率系数是不确定的,足以显着影响Jcrit。其中最重要的是通过与其他氢原子碰撞而产生的氢的碰撞电离,因为在与直接坍缩相关的低能量下,该过程的速率受到非常差的约束。在最坏的情况下,这个反应和其他四个反应引入Jcrit的总不确定性可能接近5倍。我们还表明,使用过时的或不适当的值的直接崩溃机制在以前的研究中的一些化学反应的速率可能会显着影响这些研究确定的Jcrit值。
2015-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
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
Massive Black Hole Seed Formation in Strong X-ray Environments at High Redshift
研究用纳入观测校准X射线强度的半解析模型表明,HERA暗示的强X射线会抑制气体直接坍缩,但重子流运动区域仍可在z≈15形成足够丰度的万倍太阳质量以上黑洞种子。
2025-10-20 astro-ph.GA
Observational signatures of massive black hole formation in the early universe
太空望远镜对大质量黑洞形成过程的观测可能是理解超大质量黑洞和高红移类星体起源的关键。为了建立诊断他们的检测和确认,我们研究了一个新生的大规模,所谓的直接坍缩,黑洞,诱导附近的大规模无金属恒星形成波的模拟,独特的播种方案和非常高的红移。在这里,我们描述了一系列不同的颜色和发射线强度,依赖于恒星形成和黑洞吸积的相对强度。我们预测,即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜可能能够检测和区分一个年轻的星系,它拥有一个直接坍缩的黑洞在这种配置在红移15,只有20,000秒的总曝光时间在四个过滤器,关键是约束超大质量黑洞播种机制和早期增长率。我们还发现,一个巨大的种子黑洞产生强大的,H $_2$离解莱曼-沃纳辐射。
2018-09-10 astro-ph.GA
An empirical approach to selecting the first growing black hole seeds with JWST/NIRCam
詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将具有探测早期低质量黑洞的灵敏度,因为它们从“种子”过渡到超大质量黑洞(BH)。基于JAGUAR模拟星系目录,我们提出了一个干净的颜色选择,利用吸积超大质量黑洞具有相对较低的质量和高吸积率的独特的紫外线斜率。我们显示了一系列的主机恒星质量,这些星系托管$\sim 10^{6} M_{\odot}$ BH辐射在>10%的爱丁顿光度分离的颜色空间从不活跃的系统。在这里,我们提出了一套3波段,2色选择框(90%的完整性; 90%的纯度;平衡纯度/完整性)与JWST/NIRCam,以确定最有前途的增长BH候选人在$z \sim 7-10$。
2023-03-16 astro-ph.GA astro-ph.HE
The properties of primordially-seeded black holes and their hosts in the first billion years: implications for JWST
David A. Dunlap Department of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto(多伦多大学戴维·A·邓普尔天文与天体物理系);Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen(格罗宁根大学卡普坦天文研究所);Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge(剑桥大学卡弗里宇宙学研究所);Cavendish Laboratory, University of Cambridge(剑桥大学卡文迪许实验室);Department of Physics and Astronomy, University College London(伦敦大学学院物理与天文学系)
该研究通过原初黑洞种子模型解释JWST观测到的早期高质量黑洞和高黑洞-恒星质量比现象,揭示了PBH种子在宇宙早期演化中的关键作用。
2025-11-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Core-collapse supernovae ages and metallicities from emission-line diagnostics of nearby stellar populations
大质量恒星是照亮H II区域的主要天体,它们迅速演化,以核心坍缩超新星(CCSNe)结束生命。因此,研究CCSNe和H II区之间的关联是重要的。在本文中,我们提出的发射线诊断的恒星星族附近的CCSNe,其中包括其主机H II区,从PMAS/PPAK积分场超新星主机COMPilation(PISCO)。然后,我们使用BPASS恒星星族模型,以确定年龄,金属丰度和气体参数的H II区域与CCSNe,对比模型,考虑单独的单星演化或将相互作用的双星。我们发现双星模型,允许电离光子损失,提供了一个更现实的适合所观察到的CCSN主机与金属丰度更接近那些来自O3 N2中的氧丰度。我们还发现II型和Ibc型SNe起源于年龄相似的祖星,大部分年龄在700万年到4500万年之间,对应于质量小于20太阳质量的恒星。然而,这两种类型的SNe在它们的宿主环境中几乎没有偏好,通过氧丰度或祖细胞初始质量测量金属丰度。然而,我们注意到,在较低的金属丰度超新星更有可能是II型。
2018-09-18 astro-ph.GA
Spatially resolved spectroscopic observations of gas emission in dwarf galaxies hosting accreting black hole candidate
本研究利用GMOS-IFU观测4个候选大质量黑洞矮星系,未探测到[Fe X]发射线,发现气体延展、AGN光致电离迹象及扰动旋转模式,需多波段观测验证AGN存在,为研究黑洞种子特性提供观测支撑。
2024-05-16 astro-ph.GA
First Detection of an Over-Massive Black Hole Galaxy UHZ1: Evidence for Heavy Black Hole Seed Formation from Direct Collapse
本文通过分析Chandra-JWST数据,首次在z=10.1星系UHZ1中探测到超大质量黑洞星系(OBG)候选体,为早期宇宙中由气体直接坍缩形成重黑洞种子提供了有力证据。
2023-11-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Palomar Transient Factory Core-Collapse Supernova Host-Galaxy Sample. I. Host-Galaxy Distribution Functions and Environment-Dependence of CCSNe
到目前为止,已经发现了数千颗不同类型的核心坍缩超新星(CCSNe)。然而,确定它们的祖先仍然是天体物理学中一个悬而未决的问题。SN宿主星系的研究已被证明是强大的,在提供祖人口的限制。在本文中,我们介绍了Palomar Transient Factory在2009年至2017年期间检测到的所有CCSNe。这个样本包括12个不同类的888个SNe到红移$z\approx1$。我们提出了从远紫外到中红外的宿主星系的光度特性,并模拟宿主星系的光谱能量分布,以获得物理特性。类型Ic、Ib、IIb、II和IIn SNe的星系质量函数范围从$10^{5}$到$10^{11.5}~M_\odot$,探测了恒星形成星系的整个质量范围,直到已知的质量最小的恒星形成星系。此外,星系质量分布与恒星形成加权质量函数模型一致。因此,规则CCSNe是恒星形成的直接示踪物。一些SN类别之间存在微小但显著的差异。Ib/c型SNe更喜欢质量稍高的星系(即,更高的金属丰度)和恒星形成率比IIb型和II SNe。这些差异并不像以前认为的那么明显。在$10^{10}~M_\odot$以上的星系中,贫H的SLSNe和SNe~Ic-BL是稀少的。它们的祖先分别需要金属丰度为$<0.4$和$<1$ solar的环境。此外,贫H的SLSNe的宿主主要是由比所有其他类别的CCSNe年轻的恒星星族组成。我们的研究结果证实了低金属含量的…
2020-08-13 astro-ph.GA
Supercritical growth pathway to overmassive black holes at cosmic dawn: coevolution with massive quasar hosts
对高红移最亮类星体($z > 6$)的观测表明,在这些时期,最大的超大质量黑洞(SMBH)相对于其宿主星系的质量往往比本地关系大得多,这表明它们经历了快速的早期增长阶段。我们提出了一个组装模型的SMBHs,最终在罕见的大规模$\sim10^{12}~M_{\odot}$主机晕在$z \sim 6-7$,应用动力学反馈处方BH吸积以上的爱丁顿率,由辐射流体动力学模拟的吸积流结构的长期演变。在组装过程中,这些晕的大流入速率使得$z \sim 6$能够形成$>10^9~M_{\odot}$ SMBH,即使从$z \sim 30$的恒星质量种子开始,甚至在存在降低BH进料速率的流出的情况下,特别是在早期。这种机制也自然地产生了一个高的黑洞-星系质量比的$> 0.01$之前,SMBH的质量达到$M_{\rm BH} > 10^9~M_{\odot}$的$z \sim 6$。这些快速生长的SMBH祖细胞足够明亮,可以被詹姆斯韦伯太空望远镜在宽范围的红移($7 < z < 15$)上进行的观测所检测到,无论它们是如何被播种的。
2022-06-30 astro-ph.GA