JWST 超大质量星系样本——II. 通过高分辨率积分场 NIRSpec 恒星运动学的 Jeans 各向异性建模测量 8 个极端早型星系的超大质量黑洞质量

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我们给出了 JWST 超大质量星系样本的中心超大质量黑洞（BH）质量测量结果，该样本包含从邻近宇宙中最庞大早型星系的完备样本中选出的 8 个星系（$M_\star \gtrsim 2\times10^{12} M_\odot$）。基于论文 I 中的 MGE 测光轮廓和 JWST/NIRSpec 恒星运动学，我们使用 Jeans 各向异性建模（JAM）框架重建核区动力学。鉴于这些以干并合为主的星系独特的结构性质，我们的贝叶斯 MCMC 分析明确检验了扁球和长球两种内禀几何。通过对经典动力学简并（包括轨道速度各向异性、质光比和倾角）进行边缘化，我们提取了稳健的 BH 质量。我们证明，JWST 卓越的分辨率使得 JAM 能够仅利用核区运动学紧密约束中心势。关键在于，并非所有超大质量星系都拥有超大质量 BH：虽然大多数星系显示出经典的中心速度弥散峰，但出现了显著的例外，包括一个星系中明显的中心弥散下降和另一个星系中微弱的峰。这些运动学差异产生了不同的 BH 质量，表明在极端质量尺度上 BH 的增长是高度随机的。这种随机性可能由层级并合过程中的三体抛射或并合双星产生的引力反冲踢动所驱动。在后一种情况下，被踢出的 BH 可能发生位移并在紧凑的 NIRSpec 视场外徘徊。我们得出的 BH 质量填补了星系质量层级历史上稀疏的上包络，为论文 III 研究极端质量 BH 标度关系并检验星系-BH 共同演化模型提供了关键基础。

英文摘要

We present central supermassive black hole (BH) mass measurements for the JWST Ultramassive Galaxy Sample, comprising 8 galaxies selected from a complete sample of the most massive early-type galaxies in the nearby Universe ($M_\star \gtrsim 2\times10^{12} M_\odot$). Building on the MGE photometric profiles and JWST/NIRSpec stellar kinematics from Paper I, we use the Jeans Anisotropic Modelling (JAM) framework to reconstruct the nuclear dynamics. Given the unique structural properties of these dry-merger-dominated systems, our Bayesian MCMC analysis explicitly tests both oblate and prolate intrinsic geometries. By marginalizing over classical dynamical degeneracies (including orbital velocity anisotropy, mass-to-light ratios, and inclination), we extract robust BH masses. We demonstrate that JWST's exceptional resolution allows JAM to tightly constrain the central potential using nuclear kinematics alone. Crucially, not all ultramassive galaxies host ultramassive BHs: while most display a classic central velocity dispersion peak, notable exceptions emerge, including a clear central dispersion drop in one galaxy and a subdued peak in another. These kinematic differences yield distinct BH masses, suggesting BH growth at extreme mass scales is highly stochastic. This stochasticity may be driven by three-body ejections during hierarchical mergers or gravitational recoil kicks from coalescing binaries. In the latter case, the kicked BH may be displaced and wandering outside the compact NIRSpec field of view. Our derived BH masses populate the historically sparse upper envelope of the galaxy mass hierarchy, providing the critical foundation for Paper III to investigate extreme-mass BH scaling relations and test models of galaxy-BH co-evolution.

发表机构

• University of Oxford（牛津大学）
• University of Michigan（密歇根大学）
• Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）

机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。

补充信息

备注

14 pages, 7 figures, LaTeX. Submitted to MNRAS