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
The birth of a supermassive black hole binary
研究了星系合并后期超大质量黑洞从kpc到pc尺度的动力学演化。特别是，我们捕获的形成的二进制，一个必要的步骤，最后合并之前，并追溯导致轨道衰减的主要过程。我们使用不同分辨率的星系合并的流体动力学模拟，从$20\,\rm pc$到$1\,\rm pc$，为了研究我们的结果的分辨率的影响，消除数值效应，并评估解决轨道黑洞的影响半径是一个最低条件，以充分捕捉形成的二进制。我们的模拟包括相关的物理过程，即恒星形成，超新星反馈，吸积到黑洞和随后的反馈。我们发现，在这些合并中，来自核的光滑恒星成分的动力学摩擦是驱动黑洞从kpc到pc尺度的主要过程。气体并不起关键作用，甚至团块也不会引起散射或扰动轨道。我们比较分析预测的二进制的形成所需的时间，并建议如何应用这种分析形式主义，以获得估计的二进制形成时间在较低分辨率的模拟。
2017-06-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The formation of supermassive black holes from Population III.1 seeds. IV. Self-regulated seeding from supermassive star ionizing feedback
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）；University of Modena & Reggio Emilia（摩德纳与雷焦艾米利亚大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Memphis（孟菲斯大学）；Center for Astrophysics, Harvard and Smithsonian（哈佛史密松天体物理中心）；Università degli Studi di Trieste（的里雅斯特大学）；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）；INFN, Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）
通过考虑第三族.1恒星周围HII区的R型膨胀和红移依赖性，建立反馈调节的隔离模型，预测了早期宇宙中超大质量黑洞的数密度约为0.2 cMpc^{-3}，并讨论了双黑洞丰度与合并率。
2026-05-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Witnessing the birth of a supermassive protostar
$\rm z>6$类星体的探测揭示了少数$\rm 10^9~M_{\odot}$类星体中超大质量黑洞的存在。解释它们在婴儿宇宙中形成的潜在途径之一是所谓的直接坍缩模型，该模型提供了大量的$\rm 10^5-10^6~M_{\odot}$种子。一个等温的直接崩溃的任务，晕应该是一个原始的组成和形成的分子氢仍然抑制在一个强大的莱曼维尔纳通量的存在。在这项研究中，我们进行高分辨率的宇宙学模拟两个大规模的原始晕采用详细的化学模型，其中包括$\rm H^-$冷却以及现实的不透明度的束缚自由$\rm H^-$发射和瑞利散射的氢原子。我们能够解决的崩溃到前所未有的高密度的$\rm \sim 10^{-3}~g/cm^3$和规模约$\rm 10^{-4}$ AU。我们的研究结果表明，气体冷却到$\rm \sim $ 5000 K的存在下，$\rm H^-$冷却，并诱导碎片在约8000 AU的规模在两个模拟晕之一，这可能会导致形成一个二进制。此外，碎裂也发生在AU规模的晕之一，但团块预计合并在短时间尺度。我们的研究结果证实，$\rm H^-$冷却并不能阻止超大质量恒星的形成，冷却辐射的捕获在小尺度上稳定了坍缩。
2016-02-04 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
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
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
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
Seeding supermassive black holes with a non-vortical dark-matter subcomponent
一个完美的无旋流体与状态方程的尘埃，无旋暗物质（IDM），是无法维里化，而是形成一个宇宙骨架的细丝与超大质量黑洞的关节。这与标准的冷暗物质（CDM）场景有着明显的区别，因为IDM必须始终表现出势流，防止壳层穿越的发生。这种情况适用于一般的非振荡标量场理论与小声速。因此，我们的模型结合IDM和CDM组件提供了一个解决方案，形成观测到的十亿太阳质量的黑洞在红移6和更高的问题。特别是，由于涡流减少，与标准情景相比，黑洞的增长预计在以后的时间会更快。
2013-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Origin of Supermassive Black Holes from Pop III.1 Seeds
本文评述从Pop III.1种子形成超大质量黑洞的宇宙学模型，阐明暗物质湮灭驱动的增长机制及其对黑洞数密度、分布、并合和观测的预测。
2024-12-02 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
On the Detection of Supermassive Primordial Stars
超大质量的原始恒星在高温、原子冷却的晕中的坍缩可能产生了第一批位于$z \sim$ 15 - 20的类星体。最近对这些快速吸积恒星的数值模拟显示，它们是低温的红巨星，被6，000 - 8，000 K的原始原子冷却气体的致密包层所覆盖，光度为$L$ $\gtrsim$ 10 $^{10}$ L $_{\odot}$。在未来的近红外（NIR）调查中，这种发光但凉爽的物体是否可以作为类星体形成的第一阶段被探测到？我们现在已经用云代码计算了超大质量原始恒星在其诞生包层中的光谱。我们发现，JWST在$z \lesssim$ 20时可以看到其中的一些恒星，而在适度的引力透镜作用下，欧几里得和WFIRST可以在$z \sim$ 10 - 12时发现它们。它的吸积包层并没有遮蔽恒星，而是通过将其短波长通量重新加工成光子，使其在恒星静止坐标系中的莱曼极限向红方向移动，从而增强了它在今天的近红外光谱中的可见度。
2018-12-12 astro-ph.CO 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
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
Horizon growth of supermassive black hole seeds fed with collisional dark matter
本文研究了碰撞暗物质在超大质量黑洞种子上的吸积。分析是基于完全耦合系统的球对称流的爱因斯坦-欧拉方程的数值解，其中的暗物质被建模为一个完美的流体，服从理想气体状态方程。随着黑洞的实际增长，暗物质的吸积速率对应于黑洞视视界的增长速率。我们分析的情况下，降落速度高达$0.5c$和环境密度$100M_{\odot}/\mathrm{pc}^3$，这是相当极端的条件。作为径向通量的最大吸积的情况下，我们的研究结果表明，吸积的理想气体，最终碰撞暗物质，并没有显着的SMBH质量。这一结果有利于预测SMBH已经形成超大质量的模型。我们表明，尽管事实上，我们正在解决完整的广义相对论系统，我们的结果是令人惊讶的相似，使用邦迪公式，这在某种程度上证明了它的使用作为一个很好的近似的一个完全演化的时空与球对称在短尺度至少暗物质密度的参数空间研究。此外，我们研究了气体的密度分布，发现SMBH的存在使事件视界附近的气体重新分布，具有尖角分布，而超过一小部分秒差距，它就不再是尖角了。
2014-06-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
From Seeds to Supermassive Black Holes: Capture, Growth, Migration, and Pairing in Dense Proto-Bulge Environments
本文提出一种新情景：致密原核球环境中种子黑洞通过超爱丁顿气体捕获、星团并合驱动的快速迁移和双星配对，在百万年内增长为超大质量黑洞，解释了高红移星系中快速形成与并合之谜。
2024-07-08 astro-ph.GA astro-ph.HE
Turbulent Cold Flows Gave Birth to the First Quasars
由超大质量黑洞（SMBHs）提供能量的类星体是如何在宇宙大爆炸后不到10亿年形成的，在它们被发现$^{1-4}$ 20年后，仍然是天体物理学中悬而未决的问题之一。宇宙学模拟表明，如果这些类星体在出生时是10 $^4$ - 10 $^5$ M $_{\odot}$，但无法解决它们的形成$^{5-8}$，那么在低切变环境中，罕见的冷流会聚在原始晕上可能会创造这些类星体。对原始类星体的祖先晕的半分析研究发现，它有利于形成这样的种子，但无法验证是否真的出现了$^9$。在这里，我们表明，在罕见的强，冷吸积流收敛的光环创建大量的BH种子，而不需要紫外线背景，超音速流运动，甚至原子冷却。冷流在晕中驱动剧烈的超音速湍流，阻止恒星形成，直到它达到一个质量，触发突然的灾难性重子坍缩，形成31，000和40，000 M $_{\odot}$恒星。这个简单而强大的过程确保了能够通过z $>$ 6形成类星体的晕产生大量的种子。因此，第一批类星体是冷暗物质宇宙学中结构形成的自然结果，而不是之前认为的$^{10-14}$那样的外来的、微调的环境。
2022-07-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
Seeding Supermassive Black Holes with Self-Interacting Dark Matter: A Unified Scenario with Baryons
提出自相互作用暗物质晕在重子加速下经引力热坍缩形成种子黑洞的统一图像，解释了高红移超大质量黑洞的起源与当今星系暗物质分布。
2025-04-28 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The Formation of Supermassive Black Holes from Population III.1 Seeds. I. Cosmic Formation Histories and Clustering Properties
我们计算宇宙分布在空间和时间的形成地点的第一个，“流行III.1”恒星，探索一个模型，其中这些是所有超大质量黑洞（SMBHs）的祖先，看到在大多数大型星系的中心。Pop III.1恒星被定义为由暗物质微晕中的原始成分气体形成，微晕中的$\sim10^6\:M_\odot$与邻近的天体物理源隔离一个给定的隔离距离$d_{\rm{iso}}$。我们假设Pop III.1源是SMBH的种子，基于暗物质湮灭加热的原恒星支持，使它们能够吸积大部分的微晕气体，即，$\sim10^5\:M_\odot$。从$10 - 100\:\rm{kpc}$（适当距离）出发，探索$d_{\rm{iso}}$，预测了Pop III.1源和SMBH剩余数密度的红移演化. SMBH的局部$z=0$密度约束了$d_{\rm{iso}}\lesssim 100\:\rm{kpc}$（即，$3\:\rm{Mpc}$在$z\simeq30$处的共移动距离）。在我们模拟的（$\sim60\:\rm{Mpc}$）$^3$共动体积中，Pop III.1恒星在$z=40$之后开始形成。它们的形成基本上是由PDMATHAMBMX到PDMATHAMBMY，由$d_{\rm{iso}}=100$到$50\:\rm{kpc}$完成的。我们遵循源演化到$z=10$，此时大多数SMBH与$\gtrsim10^8\:M_\odot$一起存在于…
2018-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evidence for heavy seed origin of early supermassive black holes from a z~10 X-ray quasar
研究借助Chandra数据在z≈10.3透镜星系中发现超大质量黑洞，其质量与宿主恒星质量相当，为早期黑洞起源于重种子提供观测证据。
2023-09-25 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。
2026-04-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
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
Can Superconducting Cosmic Strings Piercing Seed Black Holes Generate Supermassive Black Holes in the Early Universe?
当宇宙只有9亿年的时候，大量红移为$z > 6$的超大质量黑洞（SMBH）的发现提出了这样一个问题：如此巨大的致密物体如何在宇宙学上的短时间间隔内形成。每一个标准的方案，包括种子黑洞的快速吸积或黑洞合并，在解释超大质量物体的短时间形成时都面临着严重的理论困难。在这项工作中，我们提出了一个替代方案的形成SMBH在早期宇宙中，能量转移从超导宇宙弦穿透小种子黑洞是主要的物理过程，导致快速的质量增加。作为一个玩具模型，考虑了两个载恒流对极弦穿过的种子黑洞的吸积率。使用一个有效的行动的方法，其中包括一个大类的超导弦模型的唯象，我们估计所需的最小电流形成SMBH与质量的顺序$M = 2 \times 10^{9}M_{\odot}$由$z = 7.085$。这相当于为类星体ULAS J112001.48+064124.3提供动力的中心黑洞的质量，并被视为早期SMBH形成的测试案例。对于GUT尺度的弦，由于电流的存在，弦能量密度所需的分数增加是$10^{-7}$阶，因此它们的存在与弦张力的当前观测界限保持一致。此外，我们考虑了一个“奇异”的情况下，一个SMBH产生时，一个小的种子黑洞是由一个更高的维度$F-$字符串，由弦论预测刺穿。我们发现，拓扑缺陷弦和基本弦都能够携带足够大的电流，通过我们提出的机制产生早期SMBH。
2017-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Birth, life, and death of black hole binaries around supermassive black holes: dynamical evolution of gravitational wave sources
本文探讨了超大质量黑洞周围恒星黑洞双星的形成和演化机制。我们发现，动力学相互作用可以有效地驱动“原位”BHB的形成，如果SMBH是由一个巨大的核集群（NC）包围，而轨道分离的星团可以补充SMBH为主的核中的BHB水库。我们讨论了恒星硬化和质量分离的共同作用如何塑造BHB轨道特性。我们使用直接N体模拟，包括后牛顿修正高达2.5阶的研究BHB-SMBH的相互作用，表明Kozai-Lidov机制在缩短双星寿命中起着至关重要的作用。我们发现，合并概率弱依赖于SMBH质量的$10^6-10^9{\rm ~M}_\odot$质量范围内，导致合并率$Γ\simeq 3-8$年$^{-1}$ Gpc $^{-3}$在红移为零。几乎$40\%$的合并在“BH质量间隙”，$50-140{\rm ~M}_\odot$的质量，从而表明星系核是理想的地方形成BH在这个质量范围。我们认为，引力波（GW）源的组件质量$m_1>40{\rm ~M}_\odot$和$m_2<30{\rm ~M}_\odot$将代表一个强有力的指示星系核的起源。这些合并中的大多数可能是本地宇宙中的多波段GW源：几乎$40\%$可能被LISA视为偏心源，几年后，LIGO和爱因斯坦望远镜将其视为圆形源，使DECIGO这样的分赫兹天文台成为独特的仪器，可以在双星螺旋期间进行观测。
2020-02-10 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Music from the heavens - Gravitational waves from supermassive black hole mergers in the EAGLE simulations
我们利用EAGLE套件中的参考宇宙学流体动力学模拟来估计来自超大质量黑洞合并的引力波信号的预期事件率，这些信号可以通过天基干涉仪（例如改进型激光干涉仪空间天线（eLISA））来解决。这些模拟假设一个$Λ$ CDM宇宙演化与国家的最先进的辐射冷却，恒星形成，恒星质量损失，并从恒星和吸积黑洞的反馈亚网格模型。它们已经被证明以前所未有的保真度再现了观测到的星系群。我们将EAGLE中超大质量黑洞的合并速率与最新的唯象波形模型相结合，从合并黑洞的内禀参数计算出引力波信号。EAGLE模型预测了诸如eLISA的引力波探测器每年探测到的$\sim2$。我们发现，这些信号在很大程度上占主导地位的合并种子质量黑洞合并在红移之间的$z\sim2$和$z\sim1$。为了研究假设的黑洞种子质量的依赖性，我们引入了一个额外的模型，黑洞种子质量的数量级小于我们的参考模型。我们还考虑了一个变化的参考模型中的黑洞合并时间尺度的预期延迟的处方已包括在其宿主星系合并后。我们发现，合并率是相似的，在所有的模型，但初始黑洞种子质量可以区分通过它们检测到的引力波形。因此，eLISA探测到的特征引力波信号将为超大质量黑洞的起源和黑洞种子的初始质量分布提供深刻的见解。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Supermassive black hole growth in hierarchically merging nuclear star clusters
研究通过宇宙学并合树分析星系层级并合，论证超大质量黑洞种子在早期核星团中通过恒星黑洞并合形成，并指出中等质量黑洞、核星团、早期气体吸积及引力波背景等可观测示踪物。
2024-12-19 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Primordial black holes as supermassive black holes seeds
本文提出基于原初黑洞的机制，在早期宇宙中通过气体动力学摩擦和双星并合形成超大质量黑洞种子，解释了高红移类星体与GNz11等观测。
2024-11-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Chaotic accretion can (still) explain early supermassive black hole growth
Center for Physical Sciences and Technology（立陶宛物理与工程技术中心）；Astronomical Observatory, Vilnius University（维尔纽斯大学天文台）
本研究通过预测混沌吸积下黑洞的指数增长时标并与高红移观测比较，证明恒星质量种子经混沌吸积可解释早期超大质量黑洞的快速增长，无需大质量种子或超爱丁顿增长。
2026-10-07 astro-ph.CO 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
Astro2020 Science White Paper: The Local Relics of of Supermassive Black Hole Seeds
我们有令人信服的证据表明，恒星质量为5-80 M太阳的黑洞（BH）是通过大质量恒星的死亡形成的。我们也有令人信服的证据表明，所谓的超大质量黑洞（10^5-10^10 M_sun）主要存在于星系中心。我们有很好的理由相信一定存在质量在这两个范围之间的黑洞：第一个~10^9 M_sun的黑洞是在大爆炸后数亿年才被观测到的，所有理论上可行的产生超大质量黑洞的途径都需要一个“中间”质量的阶段。然而，在100-10}^5太阳质量范围内，还没有可靠的BH被探测到。在未来十年内，发现这些10^3-10^5 M太阳的中等质量黑洞是可以实现的。在这份白皮书中，我们强调了30米级望远镜在动态探测中等质量黑洞（如果它们存在的话）方面将发挥的关键作用。
2019-03-20 astro-ph.GA
Supermassive Black Holes in the Early Universe
高红移类星体的发现对超大质量黑洞的起源提出了挑战。在这里，两个进化的情况被认为是。第一个是关于局部宇宙中的大质量黑洞，其中绝大多数是由种子的生长形成的，因为它们的宿主星系是按照层次图组装的。在第二种情况下，种子质量约100-150 M？通过气体的吸积形成一个不稳定的大质量盘，其存在得到了高z类星体中大量气体和尘埃的检测的支持。这些非稳态自引力盘模型很好地解释了类星体在高z时观测到的“亮度-质量”关系，也表明这些物体在所谓的爱丁顿极限下不辐射。
2020-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Supermassive Black Holes in the Early Universe
最近发现的红移为6.3的超铝质类星体SDSS J010013.02+280225.8，加剧了大爆炸后仅约9亿年，仅在Pop II和III星形成后约5亿年出现的超大质量黑洞所暗示的时间压缩问题。除了预示着宇宙再电离的开始，这些第一代和第二代恒星可以合理地产生大约5-20个太阳质量的种子，最终成长为z~6-7类星体。但是这个过程需要大约9亿年的时间，这个时间轴似乎与LCDM的预测不一致，因为它没有异常高的吸积速率，也没有大约10^5个太阳质量的种子的奇异创造。没有任何证据表明这两种情况发生在本地宇宙中。在本文中，我们表明，一个更简单，更优雅的解决方案，超大质量黑洞异常，而不是使用的年龄红移关系的R_h=ct宇宙，一个FRW宇宙学预测的零活动质量。在这种背景下，宇宙再电离从t~ 8.83亿年持续到t ~2亿年（z~15到z~6），因此，在再电离开始后不久形成的约5-20个太阳质量的黑洞种子，仅仅通过标准的爱丁顿极限吸积速率，就可以在z~6-7演化成约10^10个太阳质量的类星体。这些观测结果与R_h=ct预言的年龄-红移关系的一致性支持暗能量的存在，但不是以宇宙学常数的形式。
2015-11-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
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
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
Formation of supermassive black holes in galactic nuclei II: retention and growth of seed intermediate-mass black holes
本研究提出星系核星团先于超大质量黑洞形成的设想，通过模拟验证了中等质量黑洞经引力波并合与气体吸积增长为超大质量黑洞的机制，其种子占比结果符合观测约束，且能重现相关质量关系的多样性。
2021-12-20 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
Formation of supermassive black hole seeds in nuclear star clusters via gas accretion and runaway collisions
在$z \gtrsim 6$已经发现了200多个质量为$\gtrsim 10^9\,\mathrm{M_{\odot}}$的超大质量黑洞。形成SMBH的一个有希望的途径是通过质量为$\sim 10^{3-5}\,\mathrm{M_{\odot}}$的超大质量恒星（SMS）坍缩成种子黑洞，这些种子黑洞可以增长到$z\sim 7$观测到的$10^9\,\mathrm{M_{\odot}}$ SMBH的几倍。在本文中，我们探讨如何与质量$\sim 10^{3-5}\,\mathrm{M_{\odot}}$的SMS可以通过气体吸积和逃逸恒星碰撞高红移，金属贫核星团（NSCs）使用理想化的N体模拟。我们探讨物理驱动的吸积方案，例如邦迪-霍伊尔-利特尔顿吸积和爱丁顿吸积，以及简化的方案，如常数吸积。当气体存在时，吸积时间尺度仍然比与最大质量物体（MMO）碰撞的时间尺度短得多。然而，总的来说，星团中任何两颗恒星之间碰撞的时间尺度可以与吸积时间尺度相当或更短，因此碰撞仍然在确定SMS的最终质量方面发挥着至关重要的作用。我们发现，这个问题是高度敏感的初始条件和我们假设的配方的吸积，由于高度混乱的性质的问题。决定质量增长机制的关键变量是MMO的质量和可用于吸积的气体储层。根据不同的条件，SMS的质量$\sim10^{3-5} \,\mathrm{M_{\odot}}$可以形成所有三个吸积的情况下，在…
2021-05-14 astro-ph.GA
Direct Collapse Supermassive Black Holes from Ultralight Dark Matter
研究超轻暗物质晕中光子参数共振激发产生莱曼-沃纳光子，以促成超大质量黑洞种子直接坍缩形成。
2025-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Revealing the Origin and Cosmic Evolution of Supermassive Black Holes
下一代电磁波和引力波天文台将为第一批超大质量黑洞的诞生打开前所未有的窗口。这有可能揭示它们在前十亿年的起源和成长，以及它们在本地宇宙中形成历史的特征。考虑到这一点，我们概述了三个关键的重点领域，将塑造研究在未来十年及以后：（1）什么是“种子”的第一类星体;如何达到10亿太阳质量之前，z $\sim7$？(2)黑洞的成长如何随宇宙时间而改变，黑洞的早期成长如何塑造它们的宿主星系？我们能从今天的中等质量黑洞和矮星系中学到什么？(3)我们能否在广义相对论的背景下解开黑洞吸积的物理学，理解流入和流出（喷流和风）？使用这些见解在恒星和超大质量黑洞之间进行缩放是否有效，即，黑洞吸积真尺度不变吗？在下文中，我们确定了加拿大天文学界在解决这些问题方面发挥主导作用的机会，特别是通过利用我们在事件视界望远镜、{ \it James Webb太空望远镜}（JWST）、欧几里得、莫纳克亚光谱探测器（MSE）、30米望远镜（TMT）、平方公里阵列（SKA）、用于光学和紫外线研究的宇宙学高级巡天望远镜（CASTOR）等。我们还讨论了与未来天基引力波（LISA）和X射线（例如，雅典娜，山猫）天文台，以及与恒星和星系演化社区合作的必要性，以建立一个完整的图片的诞生超大质量黑洞，他们的成长和他们的影响，在宇宙的历史。
2019-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The formation of supermassive black holes from Population III.1 seeds. II. Evolution to the local universe
本文模拟Pop III.1种子SMBH从高红移到$z=0$的宇宙演化，预测其数密度、晕占据与聚类特征，并提出可通过深空巡天检验。
2023-07-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Direct Collapse to Supermassive Black Hole Seeds with Radiation Transfer: Cosmological Halos
我们已经模拟了直接坍缩的原始气体在暗物质晕中存在的辐射转移，在高分辨率放大模拟的宇宙学框架，到光球和中央对象的形成。辐射转移已在通量限制扩散（FLD）近似下实现。运行绝热模型以进行比较。我们发现：（a）FLD流形成不规则的中心结构，不表现出碎裂，与绝热流形成厚盘相反，驱动一对螺旋激波，受Kelvin-Helmholtz剪切不稳定性的影响，形成碎片;（b）在FLD流中，不断增长的中心核迅速达到~10 Mo，光度变化很大，为10 ^{38}-10 ^{39} erg/s，与爱丁顿光度相当。它经历了由辐射力和热压力梯度驱动的大量周期性外流，与吸积流混合并向外转移角动量;（c）这些过程和大量吸积之间的相互作用，导致光球在~10 AU。我们得出结论：在FLD模型中，中心天体（1）在动力学上表现出不显著的自转，其温度随密度的变化慢于绝热温度，（2）不经历导致恒星形成的碎裂，从而促进了超大质量黑洞（SMBH）种子的快速轨道形成;（3）辐射力的引入导致外流，导致中心10 ^{-3} pc内的质量积累，这是恒星形成特征尺度的~100倍。包含辐射转移揭示了复杂的早期阶段的形成和生长的中央结构中的直接崩溃的情况下，SMBH种子形成。
2018-06-20 astro-ph.GA
A candidate supermassive black hole in a gravitationally-lensed galaxy at $z\approx10$
本研究利用Chandra和JWST观测，在红移z≈10的引力透镜星系GHZ 9中发现一个候选X射线活动星系核，推断其黑洞质量约8×10^7太阳质量，表明其起源于重种子，并构建了首个延伸至z≈10的AGN光度函数，揭示了该红移处黑洞数量过剩及高于预期的种子形成效率。
2024-03-21 astro-ph.GA astro-ph.HE
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
The first supermassive black holes
我们简要回顾了关于第一个超大质量黑洞种子的想法的历史发展，它们的形成和辐射反馈的物理学，最近的理论和观测进展，以及我们对未来的展望。
2017-06-27 astro-ph.GA
A rapid channel for the collisional formation and gravitational wave driven mergers of supermassive black hole seeds at high redshift
受JWST高红移恒星形成观测启发，研究通过BIFROST模拟发现低金属丰度星团中恒星碰撞可快速形成大质量中等质量黑洞，其并合是高红移超大质量黑洞种子形成的快速通道，为下一代引力波探测提供了目标信号。
2025-09-05 astro-ph.GA
Dark-to-black super accretion as a mechanism for early supermassive black hole growth
Universitat de València（瓦伦西亚大学）；Universidad de Guanajuato（瓜纳华托大学）；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）
本文提出暗物质到黑洞的超吸积机制，通过标量场吸积使早期黑洞快速生长，为探索暗物质性质提供新途径。
2026-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Supermassive primordial black holes for the GHZ9 and UHZ1 observed by the JWST
针对JWST观测到的高红移大质量星系GHZ9与UHZ1的高黑洞恒星质量比问题，提出其中心黑洞源于超大质量原初黑洞（SMPBHs）的假说，通过自相似吸积解分析其质量演化，证明该假说可解释相关观测并为原初黑洞探测提供新途径。
2024-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Effect of mass loss due to stellar winds on the formation of supermassive black hole seeds in dense nuclear star clusters
在$z\gtrsim 6$对高红移类星体的观测显示，质量为$\sim 10^9\,\mathrm{M_{\odot}}$的超大质量黑洞（SMBH）已经在大爆炸后的第一个$\sim$ Gyr中就位。质量为$10^{3-5}\,\mathrm{M_{\odot}}$的超大质量恒星（SMS）是这些观测到的SMBH的潜在种子。一个可能的形成通道，这些SMSs的气体吸积和失控的恒星碰撞的相互作用，在密集的核星团（NSC）。然而，由于恒星风造成的质量损失可能是形成SMS的重要限制，并影响最终质量。在本文中，我们研究的质量损失驱动的恒星风的形成和发展的SMSs在致密的NSC使用理想化的N体模拟的效果。考虑到不同的吸积方案，我们研究了质量损失率的影响，在很宽的范围内的金属丰度$Z_\ast=[.001-1]\mathrm{Z_{\odot}}$和爱丁顿因子$f_{\rm Edd}=L_\ast/L_{\mathrm{Edd}}=0.5,0.7,\,\&\, 0.9$。由于$10^{-4}\,\mathrm{M_{\odot}yr^{-1}}$的高吸积速率，即使在高金属丰度环境中也可以形成质量为$\gtrsim 10^3\MSun$的SMS。对于较低的吸积率$10^{-5}\,\mathrm{M_{\odot}yr^{-1}}$，除了$Z_\ast=\mathrm{Z_{\odot}}$和$f_{\…
2021-05-07 astro-ph.GA
Relics of Supermassive Black Hole Seeds: The Discovery of an Accreting Black Hole in an Optically Normal, Low Metallicity Dwarf Galaxy
在局部低质量星系中发现和表征超大质量黑洞对于我们理解超大质量黑洞的起源至关重要。这种说法假设低质量星系有一个相对平静的宇宙历史，因此它们的黑洞没有经历显著的增长，因此可以被视为原始SMBH种子的遗迹。虽然最近的研究在不断增长的矮星系中发现了活动星系核（AGN）的光学特征，但这些研究对低金属量和相对无合并的星系有偏见，因此错过了寻找SMBH种子遗迹的人口统计。在这里，我们报告的[ \ion{Si}{6} ]1.963~ $μ$ m日冕线（CL）的检测，星系SDSS~J160135.95+311353.7，附近的低金属丰度星系（$z=0.031$）的恒星质量约一个数量级低于大麦哲伦星系（$M_*\approx10^{8.56}$ ~M $_\odot$），没有活动星系核的光学证据的活动星系核的一个强大的指标。CL探测所暗示的活动星系核的辐射热光度是$\approx10^{42}$ ~erg~s $^{-1}$，这正是基于对活动星系核的充分研究，根据其近红外连续辐射所预测的。我们的结果与质量为$\approx~10^5$ ~M $_\odot$的黑洞一致，符合基于其恒星质量的预期。这是第一次在低质量、低金属丰度的星系中探测到近红外CL，而没有活动星系核活动的光学证据，这证实了当光学诊断失败时，红外CL在低质量星系中寻找活动星系核的实用性。这些观测结果突出了在JWST时代寻找低质量黑洞的强…
2021-04-12 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
Multi-messenger Probes of Supermassive Black Hole Spin Evolution
本文使用半解析模型 Serotina 结合广义相对论磁流体动力学结果，研究超大质量黑洞的宇宙学自旋演化，发现观测数据支持喷流驱动自旋减速与相干吸积模型，并预测了未来 ngEHT、BHEX 和 LISA 的多信使观测将揭示黑洞自旋分布及播种路径特征。
2024-10-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
