作用于超大质量黑洞的 N 体动力学摩擦的校准模型

黑洞被认为在调节大质量星系中的恒星形成方面起着至关重要的作用，这使得在宇宙学流体动力学模拟中忠实再现这些物体的物理性质变得必不可少。有限的空间和质量分辨率以及相关的离散噪声使得追踪黑洞动力学尤为困难。特别是，负责驱动大质量黑洞向星系中心运动的动力学摩擦，无法通过软化的 $N$ 体相互作用来准确建模。目前已经提出了许多次网格模型来模拟动力学摩擦或直接在模拟中包含其全部效应。这些方法各有其优点和缺点，但都面临一个共同问题：无法表示质量低于模拟暗物质粒子质量数倍的黑洞。在本文中，我们提出了一个针对未解析的动力学摩擦的修正方案，该方案已在用 KETJU 代码运行的模拟中进行了校准，在该代码中黑洞的引力相互作用未被软化。我们证明，我们的修正方案能够以正确的速率使质量大于暗物质粒子质量的黑洞下沉。我们表明，随机性对低质量黑洞（$M_{\rm BH} \leq 5 M_{\rm DM}$）的影响显著，并提出了一种针对随机加热的修正。结合起来，该方法适用于共同追踪星系和黑洞增长及真实黑洞轨道的下一代宇宙学流体动力学模拟。