类星体光度函数(QLF)和黑洞质量函数(BHMF)的早期演化编码了决定高红移($z$)类星体中超大质量黑洞(BHs)辐射与吸积过程物理学的关键信息。尽管QLF的形状已由近期观测所约束,但开发一个自洽解释其与BH增长相关的红移演化的理论模型仍具挑战。本研究基于BH形成与增长的半解析模型,构建了经历多次吸积爆发的早期BH群体的QLF和BHMF,每次爆发中按照Schechter分布函数赋予一个恒定的爱丁顿比率。我们最佳拟合模型以重现$z\simeq 6$处观测到的QLF和BHMF表明,发生了数次适度超爱丁顿吸积事件,每次持续$τ\simeq 20-30$ Myr。。对于到$z\simeq 6$时达到$\gtrsim 10^8~M_\odot$的大质量BH,其在超爱丁顿相位的平均占空比约为$15\\%$几乎是整个群体的两倍。我们还发现,由于类星体巡天的探测极限,观测到的爱丁顿比率分布函数偏向对数正态形状。预测的QLF和BHMF的红移演化表明,在$z\gtrsim 6$时宇宙体积内的数密度和质量密度快速衰减。这些结果将由James Webb Space Telescope、Roman Space Telescope和Euclid的未来深空与广域巡天揭示。
英文摘要:
The early evolution of the quasar luminosity function (QLF) and black hole mass function (BHMF) encodes key information on the physics determining the radiative and accretion processes of supermassive black holes (BHs) in high-$z$ quasars. Although the QLF shape has been constrained by recent observations, it remains challenging to develop a theoretical model that explains its redshift evolution associated with BH growth self-consistently. In this study, based on a semi-analytical model for the BH formation and growth, we construct the QLF and BHMF of the early BH population that experiences multiple accretion bursts, in each of which a constant Eddington ratio is assigned following a Schechter distribution function. Our best-fit model to reproduce the observed QLF and BHMF at $z\simeq 6$ suggests that several episodes of moderate super-Eddington accretion occur and each of them lasts for $τ\simeq 20-30$ Myr. The average duty cycle in super-Eddington phases is $\simeq 15\%$ for massive BHs that reach $\gtrsim 10^8~M_\odot$ by $z\simeq 6$, which is nearly twice that of the entire population. We also find that the observed Eddington-ratio distribution function is skewed to a log-normal shape owing to detection limits of quasar surveys. The predicted redshift evolution of the QLF and BHMF suggests a rapid decay of their number and mass density in a cosmic volume toward $z\gtrsim 6$. These results will be unveiled by future deep and wide surveys with the James Webb Space Telescope, Roman Space Telescope, and Euclid.
What's in a Fermi Bubble: a quasar episode in the Galactic centre
费米泡是最近在银河系两侧观测到的巨大(约10 kpc高)伽马射线发射叶(Su et al. 2010),在形态上与银河系中心相连,因此提供了一个机会来测试几种超大质量黑洞(SMBH)演化、反馈及其与宿主星系的关系。我们使用物理反馈模型(King 2003,2010)和新的数值技术(Nayakshin et al. 2009)来模拟Sgr A*(银河系中央SMBH)的短爆发活动,大约600万年前,与中央秒差距的恒星形成事件在时间上一致。我们能够再现气泡形态和能量分析(Zubovas等人2011)和数值(Zubovas & Nayakshin,准备)。这些结果为该模型提供了强有力的支持,该模型也用于模拟更极端的环境(Nayakshin & Power 2010)。
Galaxy and Mass Assembly (GAMA): The Properties of Quasar Host Galaxies: Star Formation Histories and Stellar Populations
University of Turku(图尔库大学);Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA)(芬兰ESO天文中心);National Institute for Astrophysics (INAF)(意大利国家天体物理研究所);Botswana International University of Science and Technology (BIUST)(博茨瓦纳国际科学技术大学);Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学);Donostia International Physics Center (DIPC)(圣塞巴斯蒂安国际物理中心);University of Louisville(路易斯维尔大学);Macquarie University(麦考瑞大学);University of Hull(赫尔大学)
Reconstructing the Assembly of Massive Galaxies. II. Galaxies Develop Massive and Dense Stellar Cores as They Evolve and Head Toward Quiescence at Cosmic Noon
Caught in the act: diffuse stellar and Ly$α$ emission around a halo-less quasar in the assembling cluster CARLA J0800+4029 at z=2
Université Paris Cité(巴黎西岱大学);CNRS(/IN2P3), Astroparticule et Cosmologie(法国国家科学研究中心/法国核学与粒子学研究所,亚原子物理与宇宙学);Cosmoventures;CNRS-UCB International Research Laboratory, Centre Pierre Binetruy, IRL2007, CPB-IN2P3(法国国家科学研究中心-加州伯克利国际研究实验室,皮埃尔·比内特鲁中心);Jet Propulsion Laboratory and Cahill Center for Astronomy & Astrophysics, California Institute of Technology(喷气推进实验室和加州理工学院凯希尔天体物理学中心);Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);CEA(法国原子能和替代能源委员会);AIM(天体物理学、仪器与方法研究所);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg(海德堡大学天文学计算研究所);UCLA Division of Astronomy, Department of Physics and Astronomy(加州大学洛杉矶分校天文学系,物理与天文学部)
BAQARO: Tracing Stochastic Black Hole Growth Histories and Quasar Lightcurves in a Cosmological Context
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian(天体物理中心 | 哈佛与史密森尼学会);Leiden Observatory, Leiden University(莱顿天文台,莱顿大学);Department of Physics, University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校物理系)
Life After the Quasar: Overmassive Black Holes and Remnant Ionised Bubbles in and Around Two z~6.6 Galaxies
University of Geneva(日内瓦大学);Niels Bohr Institute, University of Copenhagen(哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所);University College London(伦敦大学学院);Heidelberg University(海德堡大学);Max Planck Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所);University of Hertfordshire(赫特福德大学);Aix Marseille Université(艾克斯-马赛大学);Institute of Science and Technology Austria (ISTA)(奥地利科学和技术研究所)
Physical properties of hyperluminous, dust-obscured quasars at $z \sim 3$: multiwavelength Spectral Energy Distribution analysis and cold gas content revealed by ALMA
本文基于 ALMA 观测对 16 个 $z \sim 3$ 超亮尘埃遮挡类星体进行多波段 SED 分析,发现其分子气体含量低且消耗快,恒星形成效率高,表明正处于向未遮挡类星体过渡的短暂阶段。
Galactic Scale Feedback Observed in the 3C 298 Quasar Host Galaxy
本文给出了3C 298射电噪类星体宿主星系(z=1.439)的高角分辨率多波长数据。凯克天文台OSIRIS积分场摄谱仪与自适应光学,阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA),哈勃太空望远镜(HST)WFC 3,和甚大阵列(VLA)。在静止坐标系光学星云发射谱线H $β$、[OIII]、H $α$、[NII]和[SII]以及分子谱线CO(J=3-2)和(J=5-4)中检测到扩展发射。沿着3C 298的相对论喷流的路径,我们探测到电离气体的锥形流出,其速度高达1700 km/s $^{-1}$,流出速率为450-1500 M $_\odot$/年$^{-1}$。在锥形流出物的空间中心附近,CO(J=3-2)发射显示总分子质量($\rm M_{H_{2}}$)为6.6 $\pm0.36\times10^{9}$ M $_{\odot}$的分子气体盘。在分子盘的蓝移的一面,我们观察到一个分子外流的速度为2300 M $_\odot$年$^{-1}$和耗尽的时间尺度为3万年。我们没有发现窄H $α$排放的流出区域,这表明恒星形成的极限为0.3 M $_\odot$年$^{-1}$千秒差距$^{-2}$。类星体驱动的风正在疏散分子气体库,从而直接影响宿主星系中的恒星形成。观测到的超大质量黑洞质量为$10^{9.37-9.56}$ M $_{\odot}$,我们确定了其动力学膨胀质量为1-1.7…
Reconstruction of Cosmic Black Hole Growth and Mass Distribution from Quasar Luminosity Functions at $z>4$: Implications for Faint and Low-mass Populations in JWST
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)
BEES: Quasar lifetime measurements from extended rest-optical emission line nebulae at $z\sim6$
MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research(麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);University of Arizona(亚利桑那大学);University of Copenhagen(哥本哈根大学);Sorbonne Université(索邦大学);Leiden University(莱顿大学);University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校);University of Florida(佛罗里达大学);Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);Heidelberg University(海德堡大学);University of Zurich(苏黎世大学)
Cold Mode Gas Accretion on Two Galaxy Groups at z$\sim$2
利用Keck宇宙网成像仪(KCWI)积分场光谱(IFS)对两个$z=2$射电噪类星体宿主星系环星系介质(CGM)中的静止标架紫外发射线$\rm Lyα$、C IV $λλ$ 1548、1550和He II 1640进行了观测。我们在两个含C Ⅳ的系统中都探测到了$\rm Lyα$中80-90 kpc尺度的扩展发射,同时也探测到了He Ⅱ的30-50 kpc发射。所有的发射线都显示出蓝色和红移梯度模式的运动学,这与大质量暗物质晕中看到的速度一致,也与流体动力学模拟中看到的流入气体的运动学模式相似。使用这两个解决$\rm Lyα$发射和吸收的运动学,我们可以确认,这两个运动学结构与吸积。将KCWI数据与阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的分子气体观测和Keck OSIRIS的电离气体高空间分辨率相结合,我们发现这两个类星体宿主星系都位于$z=2$的原群环境中。我们估计了类星体的暖电离气体的$1-6\times10^{10}$ M $_\odot$在30-50千秒差距内,可能是吸积到星系群。我们估计流入率为60-200 M $_\odot$年$^{-1}$,在这些系统的流出率的数量级。在4C 09.17系统中,我们检测到与卫星星系相关的狭窄气体流,可能让人想起在当地星系群和星系团中看到的冲压压力剥离。我们发现,类星体宿主星系居住在动态复杂的环境中,与正在进行的合并,气体吸积,ISM…
Detection of episodic Ultra-fast Outflows in the Low-luminosity quasar Mrk 205 using XMM-Newton data
Instituto de Astronomía, (IA-UNAM)(天文学研究所(UNAM));INAF – Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna(博洛尼亚天文物理与空间科学研究所(INAF));Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica(国家天文学、光学和电子学研究所);Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México(墨西哥国立自治大学核科学研究所)
The XQR-30 Metal Absorber Catalog: 778 Absorption Systems Spanning 2 < z < 6.5
z > 6类星体光谱中的金属吸收线是探测再电离末期环星系和星系际气体电离状态和化学成分的基本探针。需要大的吸收体样品来鲁棒地测量典型的吸收体性质,并改进早期宇宙中金属的合成、传输和电离的模型。“终极XSHOOTER遗留巡天z~5.8-6.6类星体”(XQR-30)获得了30个亮类星体的高信噪比光谱,比现有的12个高质量z~6类星体的光谱样本增加了近4倍。我们使用这一前所未有的样本来构建778个系统的目录,这些系统显示了MgII(360个系统),FeII(184个系统),CII(46个系统),CIV(479个系统),SiIV(127个系统)和NV(13个系统)中一个或多个系统的吸收,这些系统跨越2 < z < 6.5. This catalog significantly expands on existing samples of z >5吸收体,特别是CIV和SiIV,它们是高红移电离光子背景的重要探针。对于静止框架等效宽度W > 0.03AA(0.09AA),样本完成50%(90%)。我们公开发布了吸收剂目录以及完整性统计和Python脚本,以计算不同离子和红移范围的吸收搜索路径。该数据集是从星系组装时代到宇宙正午的浓缩气体研究的关键遗产资源,并为詹姆斯韦伯太空望远镜和30米级望远镜的更高红移研究铺平了道路。
Super-Eddington accretion in high-redshift quasar hosts: Black-hole driven outflows, galaxy quenching, and the nature of little red dots
INAF/Osservatorio Astronomico di Roma(意大利国家天体物理研究所罗马天文台);INFN, Sezione di Milano-Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部);INAF, Osservatorio Astronomico di Bologna(意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天文台)