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 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
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
Off-center black hole seed formation? Implications for high and low redshift massive black holes
研究探讨了偏离中心的黑洞种子形成对大质量黑洞和二元体种群演化的影响，发现高红移下MBH种群和类星体光度函数显著减少，但低红移时差异减弱。
2025-09-15 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
Massive Black Hole Mergers with Orbital Information: Predictions from the ASTRID Simulation
我们研究了大质量黑洞（MBH）合并和相关的引力波信号从大体积宇宙学模拟阿斯特丽德。Astrid包括最近更新的星系形成和黑洞模型，其中MBH种子种群介于$3\times 10^4M_{\odot}/h$和$3\times 10^5M_{\odot}/h$之间，以及一个子网格动力学摩擦（DF）模型，以跟踪MBH动力学下降到$1.5\;\text{ckpc}/h$。我们计算初始偏心率的MBH轨道直接从模拟在kpc尺度，并发现轨道偏心率以上的$0.7$大多数MBH对数值合并前。在对低于${\sim 200\,\text{pc}}$的尺度上的未分辨演化进行近似后，我们发现大尺度上的模拟DF占DF引起的总轨道衰减时间（$\sim 500\,\text{Myrs}$）的一半以上。双星的硬化时间比DF时间长一个数量级，特别是对于种子质量双星（$M_\text{BH}<2M_\text{seed}$）。因此，在考虑未解决的DF演变和二进制硬化之后，只有种子MBH对的$\lesssim20\%$在$z>3$合并。这些$z>3$种子质量合并托管在一个有偏见的人口与最高恒星质量的$>10^9\,M_\odot$星系。由于Astrid的初始偏心率预测较高，我们估计每年$z>3$ MBH人群的$0.3-0.7$预期合并率。这是$\sim 7$的一个系数，高于使用圆形轨道假设的预测。LISA事件预计以类似的速率…
2021-12-16 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
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 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
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
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
Multi-flavour SMBH seeding and evolution in cosmological environments
我们研究了超大质量黑洞（SMBH）种子的成因和演化，通过不同的形成渠道，从PopIII残余的大量的种子，在L-Galerkin半解析代码建模。我们在千禧年-II模拟（MR-II）合并树上运行模型，因为它们的晕质量分辨率（M_{vir,res} ~10^7 Msun h^-1）允许在宇宙学体积（L_{box=100 Mpc h^-1）中研究原子冷却晕（T_{vir} >10^4 K）的演化，在那里预计会形成中等质量和重的种子。我们跟踪这些种子的形成，根据空间变化的恒星形成的化学和辐射反馈。由于不能分辨第一个小晕（T_{vir} ~10^3 K），我们使用GQd模型的结果，以亚网格的方式继承了演化的PopIII残余。我们还包括在富含气体的大规模合并，谁是非常罕见的MR-II卷重种子的形成。在所有质量和z下，光种子的后代在我们的SMBHs种群中在数字上占优势。较重的种子在密集的环境中形成，其中近邻提供所需的紫外线照射。总的来说，我们的模型产生了一个z=0的SMBHs人口，其统计特性满足当前的限制。我们发现，BH占领分数高度依赖于播种效率和BH和恒星质量之间的标度关系，在矮质量制度，是平坦的比在高质量范围。最后，一小部分存在于本地矮星系中的黑洞，自从它们在z>6时形成以来，就再也没有增长过。
2022-12-04 astro-ph.GA
Super-Eddington accretion of dusty gas onto seed black holes: metallicity-dependent efficiency of mass growth
超爱丁顿吸积到中间种子黑洞上是早期宇宙中超过$10^9~M_\odot$的超大质量黑洞的一种可能形成方式。在这里，我们调查如何快速吸积可能发生的气体和尘埃中含有有限数量的重元素。在我们的一维辐射流体动力学模拟中，辐射转移解决了吸积盘发出的直接紫外光和尘埃颗粒热发射的漫射红外光。我们的结果表明，由红外光辐射力引起的强烈反馈调节质量吸积。金属丰度越高，吸积速率越低，并存在一个临界金属丰度$Z \sim 10^{-2}~Z_\odot$，在此临界金属丰度以上，红外光的辐射压阻止了超爱丁顿吸积。考虑到这一点，我们研究是否尘埃超爱丁顿吸积发生在年轻星系使用一个简单的模型。我们表明，足够数量的星系在$z \gtrsim 10$可以这样的潜在网站，如果黑洞吸积冷稠密气体与$T \sim 10^2$ K，近似的热平衡值在$Z = 10^{-2}~Z_\odot$。我们认为BH通过快速吸积生长的效率取决于金属丰度，并且金属丰度略低于$10^{-2}~Z_\odot$为最有效的生长提供了机会。
2019-07-09 astro-ph.GA
The origins of massive black holes
大质量黑洞（MBH）居住在星系中心，为发光的类星体和活动星系核（AGN）提供动力，并利用它们产生的能量塑造它们的宇宙环境。MBH的起源仍然是一个谜，最近LIGO/Virgo探测到一个近150太阳质量的黑洞，这重新激发了“恒星”和“大质量”黑洞之间是否存在连续统以及MBH的种子是什么的问题。种子可能在第一个星系中形成，也可能与早期宇宙中视界大小区域的坍缩有关。对MBH起源的理解跨越了基础物理学、宇宙学和天体物理学，它在引力波物理学和传统天文学之间架起了一座桥梁。随着未来10-15年的几个设施，我们预见到发现MBH形成途径的可能性。在这篇文章中，我们联系三个主要主题：黑洞种子形成的渠道，从种子到大质量黑洞的旅程，MBH起源的诊断。我们强调和批判性地讨论当前未解决的问题，并触及最近的事态发展，激起了社会。
2022-04-15 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
MAGICS I. The First Few Orbits Encode the Fate of Seed Massive Black Hole Pairs
本研究引入MAGICS模拟套件，通过提升分辨率追踪星系并合中种子大质量黑洞对的轨道动力学，发现黑洞对的早期轨道演化与能量损失机制决定了其最终是快速下沉合并还是停滞。
2024-04-25 astro-ph.GA
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
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
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
Feedback-regulated Super Massive Black Hole Seed Formation
高红移超大质量黑洞种子的性质是宇宙学中的一个关键问题。直接坍缩黑洞（DCBH），形成在原始的，原子线冷却晕，照明莱曼-沃纳（LW）紫外线通量超过临界阈值J_crit，代表了一个有吸引力的可能性。我们研究在宇宙演化过程中何时何地满足这些条件。对于LW强度J_LW，我们考虑了与恒星形成星系附近背景值的偏离。对于原始晕部分，我们考虑了（i）超新星驱动的外流，以及（ii）来自祖先晕的固有污染。我们估算了DCBH形成点的丰度n_DCBH（z），发现它随着宇宙时间的增加而增加，从n_DCBH（z=20）~ 1 e-12 - 1 e-7 cMpc^-3增加到n_DCBH（z=10）~ 1 e-10 - 1 e-5 cMpc^-3。我们的分析表明，星系风可能具有重要的作用，它可以将预测的n_DCBH抑制几个数量级，并导致DCBH的形成优先发生在紫外最亮（M_UV ~ -22 ~-20）的恒星形成星系周围。我们的分析进一步强调了这些预测对（i）LW光子的逃逸分数，（ii）J_crit和（iii）银河系外流处方的依赖性。
2014-05-26 astro-ph.GA
Super-Eddington Growth Ceiling: Analytic Constraints on the Rapid Growth of Light-Seed Black Holes in Massive Clumps
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
Massive Black Hole Seeds
本文系统梳理大质量黑洞轻、重种子的形成途径，指出种子质量谱更可能为连续谱，并定量论证重种子虽罕见但其丰度足以解释大部分大质量黑洞种群。
2024-09-02 astro-ph.CO 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
The SEEDZ Simulations: Methodology and First Results on Massive Black Hole Seeding and Early Galaxy Growth
Maynooth University（梅努斯大学）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理研究所）；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 College Cork（科克大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
SEEDZ模拟研究了宇宙早期巨量黑洞的形成与生长，揭示高红移宇宙中黑洞质量与宿主星系的关系尚未建立，黑洞可从初始重种子质量增长至百万倍太阳质量。
2026-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
A vast population of wandering and merging IMBHs at cosmic noon
今天星系中心的大质量黑洞一定是从早期形成的种子黑洞增长了几个数量级。检测一群中等质量黑洞（IMBHs）可以对这些难以捉摸的黑洞种子提供约束。在这里，我们使用大体积，宇宙学流体动力学模拟Astrid，其中包括IMBH种子和动力学摩擦调查IMBH种子的人口。动态摩擦在高z下下沉和合并种子IMBH时效率很低。这导致了在z~2处的大晕中存在大量（每个星系几百个）游荡的IMBH。这些IMBH中的一小部分可被检测为HLX，超发光X射线源。重要的是，在z ~ 2处，IMBH合并产生GW事件的峰值。我们发现在z=2-3之间的Astrid中有近百万GW事件涉及种子IMBH合并。这些GW事件（几乎所有可探测到的LISA）在宇宙中午应提供强有力的约束IMBH种子模型和它们的形成机制。在大质量星系的中心，IMBH的数量可以高达10-100，SMBH-IMBH对可以形成。这些中间质量比吸气（IMRI）和极端质量比吸气（EMRI），将需要下一代的毫-μ Hz的天基GW干涉仪进行检测。大质量黑洞周围的大量IMBH将探测它们的环境和MBH因果结构。
2022-10-26 astro-ph.GA
Protostellar accretion in low mass metal poor stars and the cosmological lithium problem
宇宙学锂问题，即大爆炸核合成预测的锂丰度与观测到的“斯皮特高原”恒星之间的差异，是现代天体物理学长期存在的问题之一。最近的线索，一个可能的解决方案涉及锂燃烧引起的原恒星质量吸积的Spite高原恒星。本文的目的是分析原恒星吸积对低金属丰度低质量恒星的影响，重点是PMS锂的演化。我们计算了从原恒星到MS阶段的演化，最终质量为0.7和0.8 M $_\odot$，三种金属丰度Z=0.0001，Z=0.0010和Z=0.0050的吸积模型。详细研究了影响吸积模型的主要参数，即吸积能量（冷吸积和热吸积）、初始种子质量$M_{seed}$和半径$R_{seed}$以及质量吸积率$\dot{m}$的变化对吸积模型的影响。对于恒星的主要性质和表面$^7 Li$丰度，无论$M_{seed}$、$R_{seed}$和$\dot{m}$的实际值如何，热吸积模型在100万年内都收敛到标准的非吸积模型。此外，具有相对大的$M_{seed}$（$\gtrsim 10~M_{jup}$）或$R_{seed}$（$\gtrsim 1~R_\odot$）的冷吸积模型在小于约10-20~Myr时收敛到标准的非吸积模型。当一个冷的原恒星吸积过程从小的$M_{seed}$和$R_{seed}$值（$M_{seed}\sim 1~M_{jup}$，$R_{seed} \lesssim 1~R_\odot$）开始时，会发生一…
2020-04-30 astro-ph.GA astro-ph.SR
Observational Signatures of Massive Black Hole Progenitor Pathways: Could Leo I a Smoking Gun?
从最大质量的星系团到矮星系，关于大质量黑洞（MBH）人口统计的观测证据越来越多。然而，这些中央MBH形成的祖细胞途径仍不清楚。在这里，我们报告了一个潜在的强大的观测签名MBH形成的矮星系。我们认为，在（化石）矮星系的MBH的质谱连续将是一个沉重的种子形成途径的独特签名。在这种情况下，连续体将由通常的恒星质量黑洞人口组成，通过恒星演化形成，加上尚未下沉到星系中心的较少量的重种子MBH。在母体气体云的初始碎片导致大量种子产生的强烈假设下，这些种子中的很大一部分将作为质量小于中心物体的非核MBH存活到今天。最近发现的MBH在相对较低的中心密度狮子座I星系的动机，我们表明，这样的连续性MBH种子质量应该坚持从最轻的黑洞质量的中央MBH的质量相比，光播种的情况下，没有这样的连续性应该存在。检测到偏离中心的MBH和中心MBH将代表重接种途径的强有力证据。
2022-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Seeding the Second Star: enrichment from population III, dust evolution, and cloud collapse
我们研究了在星系晕和邻近的超暗矮星系中观测到的极贫金属（EMP）恒星的形成。它们的低金属丰度（${\rm [Fe/H]} < -3$）表明，它们的母云是由第一颗恒星（Pop III）的一颗或几颗超新星（SNe）富集的。在这项研究中，我们进行数值模拟的整个形成序列的EMP星通过反馈效应的光电离和金属富集的Pop III SN。我们第一次采用了与祖先模型一致的金属/尘埃性质计算，并解决了所有相关的辐射冷却过程和化学反应，包括金属分子的形成和晶粒生长，直到原恒星形成。在质量为$1.77\times 10^{6} \ {\rm M}_{\bigodot}$的微晕（MH）中，一颗质量为$13 \ {\rm M}_{\bigodot}$的Pop III星在红移为$z=12.1$时形成。在SN爆炸后，受冲击的气体落回中心MH，在内部富集自身。在蚀变区的金属丰度为$2.6\times 10^{-4} \ {\rm Z}_{\bigodot}$（${\rm [Fe/H]} = -3.42$）。在氢、CO和OH分子的作用下，对流云发生冷却，并伴随着H $_2$的形成而发生加热。最终，由于颗粒生长和尘埃冷却，在SN驱动的湍流的帮助下，在中央100 au区域出现了多节的细丝，导致形成了存活到今天的低质量EMP星。
2018-10-30 astro-ph.GA
Formation of massive seed black holes via collisions and accretion
旨在解释大质量黑洞种子形成的模型，特别是直接坍缩的模型，面临着巨大的困难。这些都植根于相当特设和微调的初始条件，如极低的金属丰度和强辐射背景的同时要求。在这里，我们探讨修改这样的场景，一个巨大的原始星团最初产生。随后的恒星碰撞导致了大质量（10^4 - 10^5太阳质量）天体的形成。我们的计算表明，恒星动力学，气体吸积和原恒星演化之间的相互作用是特别相关的。原恒星上的气体吸积增加了它们的半径，导致碰撞截面增大。我们表明，碰撞的分数可以增加从0.1-1%的初始人口到约10%时，无气体模型或模型的原恒星团在本地宇宙。我们的结论是，非常大质量的物体可以形成，尽管最初的碎片，使第一个大规模的原恒星集群可行的候选人出生的地方观察到的超大质量黑洞。
2018-01-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Efficient black hole seed formation in low metallicity and dense stellar clusters with implications for JWST sources
University of Heidelberg（海德堡大学）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences（波兰科学院尼古拉·哥白尼天文学中心）；New York University Abu Dhabi（阿布扎比纽约大学）；Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）；Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）；Universidad de Chile（智利大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
研究在低金属丰度和致密恒星团中高效形成黑洞种子，通过碰撞形成大质量恒星并最终形成黑洞种子，提出黑洞质量与质量的标度关系。
2025-08-19 astro-ph.GA
On the effect of Lyman alpha trapping during the initial collapse of massive black hole seeds
超大质量黑洞的一个可行的播种机制是银河系前暗物质晕中的直接气体坍缩路线，产生$10^4 - 10^6$太阳质量的物体。当防止气体冷却到低于$10^4$ K时，这些事件发生，这需要无金属和相对无H $_2$的介质。最初的坍缩通过氢原子跃迁冷却，但气体在高密度下对冷却辐射变得光学厚。我们利用一套基于宇宙学模拟的均匀密度和各向同性情况下的MonteCarlo辐射输运计算，探讨了Lyman- $α$俘获在这种坍缩系统中的作用.我们的方法包括非相干散射和双光子线冷却。我们发现，莱曼- $α$辐射被边缘捕获在秒差距尺度的引力不稳定的中心云，允许温度增加到50,000 K的数密度为$3 \times 10^4$ cm $^{-3}$和增加的金斯质量的五倍。有效的状态方程从低密度下的等温变化到在最大温度附近具有4/3的绝热指数，然后在较高密度下缓慢地退回到等温。我们的研究结果表明，莱曼- $α$捕获延迟初始崩溃，提高金斯质量。之后，高密度核心冷却回$10^4$ K，其被热包层包围，热包层的向内压力可以改变高密度下的碎裂尺度。
2017-06-07 astro-ph.GA
The Black Hole Mass Function Across Cosmic Times II. Heavy Seeds and (Super)Massive Black Holes
这是第二个文件在一系列旨在模拟黑洞（BH）的质量函数，从恒星的（超）大质量制度。在目前的工作中，我们专注于（超）大质量黑洞，并提供了一个从头计算的质量函数跨宇宙时间。我们认为两个主要的机制，以增长的中央BH，预计将合作的高红移恒星形成的本地大质量星系的祖先。第一个是气体动力学摩擦过程，它可以导致起源于富含气体的主祖星系中恒星形成的强烈爆发期间的恒星质量BH向核区域迁移，并在短时间尺度$10^7$年的$\lesssim$内积累中心重BH种子$M_\bullet\sim 10^{3-5}\, M_\odot$。第二种机制是标准的爱丁顿型气体盘吸积到重BH种子上，通过这种机制，中心BH可以在宿主的典型恒星形成持续时间$\lesssim 1$ Gyr内变成（超）大质量$M_\bullet\sim 10^{6-10}\, M_\odot$。我们通过再现观测到的红移相关的热辐射AGN光度函数和爱丁顿比分布，以及恒星形成和吸积中心BH的热辐射光度之间的关系来验证我们的半经验方法。然后，我们通过广义连续性方程的方法推导出不同红移下的残留（超）质量BH质量函数，并将其与目前的观测估计进行比较。最后，我们重建的整体BH质量函数从恒星（超）大质量制度，超过十个数量级的BH质量。
2022-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Rapid Dark Growth of Seed Black Holes in Self-Interacting Dark Matter
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本研究提出自相互作用暗物质通过气体流入驱动晕收缩，使种子黑洞在不到1百万年内快速增质数个数量级，为早期宇宙大质量黑洞起源提供高效途径。
2026-09-18 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
Growth of Massive Black Hole Seeds by Migration of Stellar and Primordial Black Holes: Gravitational Waves and Stochastic Background
我们研究了尘埃恒星形成星系中大质量黑洞（BH）种子的形成和生长，依赖并扩展了Boco等人2020提出的框架。具体来说，后者设想恒星致密残余物（中子星和恒星质量的黑洞）通过气体动力学摩擦向星系核区域迁移，随后合并生长一个大质量的中央BH种子。在本文中，我们增加了两个相关的成分：（i）我们包括原始BH，这可能构成一个小部分$f_{\rm pBH}$的暗物质，作为一个额外的组件参与种子的生长;（ii）我们预测的随机引力波背景起源于种子的生长过程中，无论是从恒星致密残留物和原始BH合并。我们发现，后者的事件有助于最中央种子的初始增长在一个时间尺度的$10^6-10^7\,\rm yr$，恒星致密的残余合并和气体吸积接管之前。此外，如果原始黑洞$f_{\rm pBH}$的分数足够大，它们在核星系区合并时发射的引力波可以被未来的干涉仪如爱因斯坦望远镜，DECIGO和LISA探测到。对于伴随的随机引力波背景，我们预测它在宽频带$10^{-6}\lesssim f [{\rm Hz}]\lesssim 10$上延伸，这与孤立致密双星合并产生的典型范围有很大不同。一方面，检测到这样的背景可能是一个吸烟枪，以测试拟议的种子生长机制;另一方面，它构成了一个相关的污染物从天体物理来源的特点和扣除，在具有挑战性的搜索宇宙起源的原始背景。
2021-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. I: An improved chemical model
早期宇宙中大质量种子黑洞形成的直接坍缩模型试图解释在$z \sim 6$观测到的超大质量黑洞的数密度，假设它们是从质量M > 10000太阳质量的种子中生长出来的，这些种子是由原子冷却晕中的无金属气体直接坍缩形成的，其中H2冷却被强的河外辐射场抑制。该模型的可行性取决于抑制H2冷却所需的辐射场的强度，$J_{\rm crit}$：如果这太大，那么形成的种子太少，无法解释观测到的SMBH数密度。为了可靠地确定$J_{\rm crit}$，我们需要能够精确地模拟在极强辐射场照射下气体中H2的形成和破坏。在本文中，我们使用基于反应的还原技术来分析在这些条件下H2的化学性质，使我们能够确定负责确定$J_{\rm crit}$值的关键化学反应。我们构建了一个简化的26个反应的网络，使我们能够准确地确定$J_{\rm crit}$，并将其与文献中以前的治疗方法进行比较。我们发现，以前的研究往往忽略了一个或多个重要的化学反应，这些遗漏引入了高达三个因素的不确定性到以前的测定$J_{\rm crit}$。
2015-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Near-infrared spectroscopy of the massive stellar population of W51: evidence for multi-seeded star formation
恒星的形成、恒星反馈和云的性质之间的相互作用强烈地影响着巨分子云的恒星形成历史。大质量恒星的形成导致了各种各样的星团，从低密度的OB星协到高密度的、受引力束缚的星爆星团。我们的目标是确定大质量恒星的内容和重建W51巨分子云的恒星形成历史。我们对W51中的大质量恒星进行了近红外成像和K波段光谱分析。我们用色星等图和色色图分析了恒星星族，并将光谱鉴定的恒星的性质与恒星演化模型进行了比较。我们得出了W51中不同子星系团的年龄，并根据我们的光谱得出了W51的年龄为300万年或更少。天鹅座P星LS 1的年龄和两个仍在形成的原星系团的存在表明，W51的恒星形成历史比单一的爆发更复杂。我们没有发现触发恒星形成的证据，我们得出结论，W51的恒星形成是多种子的。我们最终得出结论，W51是一个OB协会，其中不同的子集群形成了至少3-5万年的时间跨度。
2019-02-14 astro-ph.GA astro-ph.SR
Seeking the growth of the first black hole seeds with JWST
在本文中，我们提供的BH人口的预测，将与计划在$5 \le z \le 15$的JWST调查观察。我们的研究基于最近开发的宇宙考古工具（CAT），它使我们能够模拟BH种子的形成和生长，同时与$4 \le z \le 7$观测到的活动星系核和星系的一般人口是一致的。我们发现，JWST计划的调查将提供一个互补的观点活跃的BH在$z > 5$，与JADES-中/深能够检测到的众多BH填充的分布的弱端，COSMOS-Web采样足够大的区域，以检测最罕见的最亮的系统，CEERS/PRIMER弥合这两个制度之间的差距。上述巡天观测的相对较小的视场优先选择质量为$6 \leq {\rm Log} (M_{\rm BH}/M_\odot) < 8$的黑洞，它们位于相对贫金属（${\rm Log} (Z/Z_\odot) \ge -2$）和大质量（$8\leq {\rm Log} (M_*/M_\odot) < 10$）星系中。在$z \ge 10$，只有JADES-Deep将具有探测质量为$4 \leq {\rm Log} (M_{\rm BH}/M_\odot) < 6$的生长中的黑洞的灵敏度，这些黑洞由更多的金属贫（$-3 \leq {\rm Log} (Z/Z_\odot) < -2$）和质量较小（$6 \leq {\rm Log} (M_*/M_\odot) < 8$）星系托管。在我们的模…
2022-12-21 astro-ph.GA
Massive Black Holes Seeded by Dark Matter -- Implications for Little Red Dots and Gravitational Wave Signatures
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所）；Theory Division, Fermilab（费米实验室理论部）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学卡弗里天文学与天体物理研究所）
研究高红移超大质量黑洞观测挑战下的标准播种情景，利用耗散性自相互作用暗物质模型及半解析框架预测其群体性质，再现相关天体并给出占空比，其引力波信号可被探测，为探测隐藏领域物理提供途径。
2026-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
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
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
FROST-CLUSTERS -- II. Massive stars, binaries and triples boost supermassive black hole seed formation in assembling star clusters
本研究通过含后牛顿动力学和恒星演化的模拟，发现恒星多重性和大质量单星可显著增加组装星团中IMBH的数量与质量，并揭示其与星团性质的相关性，为理解超大质量黑洞种子形成提供新见解。
2025-09-08 astro-ph.GA
Heavy Seed Black Hole Growth in Metal-Enriched Halos through Disk-Induced Stellar Disruptions: A Semi-Analytical Modelling
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Universität Heidelberg（海德堡大学）；Tsinghua University（清华大学）
本研究通过半解析模型，发现金属增丰晕中盘诱导的星族I/II潮汐瓦解事件可主导重种子黑洞早期增长，使质量在0.1 Gyr内从约1e4太阳质量增至约1e5太阳质量，缓解高红移黑洞候选体的质量张力。
2026-09-14 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Seeding the second star -- II. CEMP star formation enriched from faint supernovae
碳增强贫金属（CEMP）星是保存早期恒星化学富集记录的活化石。在这项工作中，我们进行了一组数值模拟的富集从超新星（SN）的第一代无金属（Pop III）的恒星和富集云的引力坍缩，考虑所有相关的冷却/加热过程和化学反应，以及尘埃颗粒的生长。我们采用微弱的SN模型首次与祖群众$M_{\rm PopIII} = 13$ - $80 \ {\rm M}_{\bigodot}$，产生C-增强丰度模式（${\rm [C/Fe]} = 4.57$ - $4.75$）通过混合和回落的最内层的喷出物。该模型还考虑了尘埃颗粒的形成和破坏。我们发现，由SN喷射的金属可以部分再吸积相同的暗物质微晕，和富集云$A({\rm C}) = 3.80$ -$5.06$的碳丰度低于观测到的CEMP星（$A({\rm C}) \gtrsim 6$）的丰度范围，因为由微弱的SNe喷射的金属的质量小于正常的核心坍缩SNe由于广泛的回落。我们还发现，云碎裂是由气体冷却从碳颗粒$M_{\rm PopIII} = 13 \ {\rm M}_{\bigodot}$，即使与最低的铁丰度${\rm [Fe/H]} \sim -9$。这导致了低质量恒星的形成，这些“千兆贫金属”恒星可以生存到今天的宇宙，并可能通过未来的观测发现。
2020-07-13 astro-ph.GA
Constraints on the early growth of massive black holes from PTA and JWST with L-GalaxiesBH
本研究使用L-GalaxiesBH模型结合PTA和JWST观测数据，发现大质量黑洞早期增长更可能起源于经历超爱丁顿吸积的光种子，而非高密度的重种子。
2025-09-15 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
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
Sowing black hole seeds: Direct collapse black hole formation with realistic Lyman-Werner radiation in cosmological simulations
我们从直接坍缩过程研究了超大质量黑洞的诞生，并描述了这些黑洞种子形成的位置。在再电离前的时期，分子氢（H $_2$）是一种有效的冷却剂，导致气体分裂并形成第三族恒星，但莱曼-沃纳辐射可以抑制H $_2$的形成，并允许气体直接坍缩成大质量黑洞。抑制H $_2$形成所需的临界通量，$J_{\rm crit}$，是激烈争论的，主要是由于在源辐射光谱，H $_2$自屏蔽，碰撞解离率的不确定性。在这里，我们测试的权力，在一个自洽的，随时间变化的，非均匀的莱曼-沃纳辐射场的直接崩溃模型-第一次这样做的宇宙体积-使用更新版本的SPH+ N-体树代码汽油与H $_2$非平衡丰度跟踪，H $_2$冷却，和现代SPH实现。我们改变$J_{\rm crit} $从$30$到$10^3$的单位为$J_{21}$，以研究这个参数如何影响种子黑洞的数量和宿主星系的类型。我们专注于黑洞的形成作为一个功能的环境，晕质量，金属丰度，并接近莱曼-沃纳源。巨大的黑洞种子在$J_{\rm crit}$阈值较低的情况下形成得更丰富，但不管$J_{\rm crit}$如何，这些种子通常形成于最近开始恒星形成的晕中。我们的结果并没有证实所提出的原子冷却晕对情景;相反，黑洞种子主要形成在低金属丰度的晕袋中，而这些晕袋已经承载了恒星的形成。
2018-06-11 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
On the Prevalence of Super-Massive Black Holes over Cosmic Time
研究了原始星系晕中超大质量黑洞种子的丰度。我们探讨的假设，暗物质晕超过临界晕质量M_c有一定的概率p已经产生了SMBH种子。目前对本地中等质量星系的观测限制了这些参数：对于$M_c=10^{11}M_\odot$，所有的晕都必须被播种，但是当采用较小的M_c质量时，播种的效率要低得多。这些限制也降低了局域和高红移宇宙中黑洞的数量密度。z~6类星体的空间密度取决于它们的典型晕质量，而晕质量可以通过计算附近的Lyman Break Galvanes和Lyman Alpha Emitter来限制。对于这两个观测值，我们的模拟表明，单场预测太多样化，使明确的声明，在文献中的混合索赔协议。如果类星体不局限于最大质量的宿主晕，它们可能只占SMBH总体的一小部分（约10^-5）。最后，我们从SMBH合并产生了广泛的引力事件的预测。我们定义了一个新的LISA诊断图来测量SMBH空间密度和晕并与黑洞并合之间的典型延迟。虽然以前的工作已经探讨了具体的情况下，我们的结果保持独立的种子机制，种子质量，遮蔽，加油方法和占空比。
2019-01-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The In Situ Growth of Stellar-mass "Light" Seed Black Holes in Nuclear Star Clusters
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（加拿大理论天体物理研究所，多伦多大学）
研究通过磁流体动力学模拟探讨了在形成巨型分子云中恒星级
2026-06-08 astro-ph.GA
A Heavy Seed Black Hole Mass Function at High Redshift -- Prospects for LISA
本研究利用Renaissance模拟分析高红移重种子黑洞的形成与增长，发现早期黑洞难以快速增长，但其并合信号可被LISA探测，预计每年观测到约10起并合事件。
2025-01-28 astro-ph.GA
Repopulating the pair-instability mass gap without sustained growth to massive IMBHs: the case of 47\,Tuc
Northwestern University（西北大学）；NSF-Simons AI Institute for the Sky (SkAI)（NSF-Simons 天空人工智能研究所）；Cardiff University（卡迪夫大学）；Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Institut für Theoretische Astrophysik（海德堡大学天文学中心理论天体物理研究所）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究学院）；Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB), Universitat de Barcelona (IEEC-UB)（巴塞罗那大学宇宙科学研究所）；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)（加泰罗尼亚空间研究学院）
研究通过模拟47 Tuc中最高质量黑洞的形成与保留，探讨了在无持续增长到超大质量黑洞的情况下，双体不稳定质量间隙的重新填充机制，发现初级种子黑洞的存在影响了最终保留质量的分布。
2026-04-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
