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限制黑洞质量函数低质量端与中等质量黑洞的活动比例

Constraining the Low-Mass End of the Black Hole Mass Function and the Active Fraction of the Intermediate-mass Black Holes

Hojin Cho, Jong-Hak Woo

备注：
18 pages, 10 figures
发表信息：
The Astrophysical Journal 969:93 (2024)
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AI总结：

本文通过构建含243个中等质量黑洞的活动星系核样本并联合建模黑洞质量函数与爱丁顿比率分布函数，揭示了黑洞质量函数在低质量端的恒定特征及活动比例随星系质量下降的趋势，并估算了低质量星系的黑洞占据比例。

摘要：

我们研究了黑洞质量函数（BHMF）和爱丁顿比率分布函数（ERDF），重点关注质量低至 $M_{\bullet}\sim10^4 M_\odot$ 的中等质量黑洞（IMBHs）。基于探测到宽 H$α$ 发射线的活动星系核（AGNs），我们构建了一个红移 $z<0.35$ 的 14,242 个 AGNs 样本，其中包括 243 个 $M_{\bullet}<10^6 M_\odot$ 的 IMBHs。通过最大后验估计联合建模 BHMF 和 ERDF，我们发现 BHMF 在 $\sim$$10^{6} M_\odot$ 处达到峰值，并在低质量端表现出相对恒定的值 $10^{-4}\\,\mathrm{Mpc^{-3}\\,dex^{-1}}$。通过将推导出的 1 型 AGNs 的 BHMF 与基于更新的黑洞质量--宿主星系恒星质量关系的星系质量函数进行比较，我们推导出活动比例。我们还利用 1 型比例的上限和下限确定了所有 AGNs 的活动比例。活动比例从大质量星系（$M_\star>10^{10} M_\odot$）的 15%--40% 下降到 $M_\star\sim10^8 M_\odot$ 的矮星系的低于 $\sim$2%。这些结果表明，如果 IMBHs 和超大质量黑洞的占空比相似，那么低质量星系（$M_\star\sim10^{8.5}$--$10^9 M_\odot$）的黑洞占据比例预计为 $\sim$50%。

英文摘要：

We investigate the black hole mass function (BHMF) and the Eddington ratio distribution function (ERDF), focusing on the intermediate-mass black holes (IMBHs) with masses down to $M_{\bullet}\sim10^4 M_\odot$. Based on the active galactic nuclei (AGNs) with a detected broad H$α$ emission line, we construct a sample of 14,242 AGNs at redshift $z<0.35$, including 243 IMBHs with $M_{\bullet}<10^6 M_\odot$. By jointly modeling the BHMF and ERDF via the maximum posterior estimation, we find that the BHMF peaks at $\sim$$10^{6} M_\odot$ and exhibits a relatively constant value of $10^{-4}\,\mathrm{Mpc^{-3}\,dex^{-1}}$ at the low-mass end. By comparing the derived BHMF of type 1 AGNs with the galaxy mass function based on the updated black hole mass--host galaxy stellar mass relation, we derive the active fraction. We also determine the active fraction for all AGNs using the upper and lower limit of the type 1 fraction. The active fraction decreases from 15%--40% for massive galaxies ($M_\star>10^{10} M_\odot$) to lower than $\sim$2% for dwarf galaxies with $M_\star\sim10^8 M_\odot$. These results suggest that the black hole occupation fraction is expected to be $\sim$50% for low-mass galaxies ($M_\star\sim10^{8.5}$--$10^9 M_\odot$) if the duty cycle is similar IMBHs and supermassive black holes.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

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