早期宇宙中一个微小而活跃的黑洞
星系天体物理
2024-01-18 v2 宇宙学与河外天体物理
高能天体物理现象
摘要
人们提出了多种理论来描述早期宇宙中黑洞种子的形成，并解释大爆炸后第一十亿年内观测到的极高质量黑洞的出现。模型考虑了不同的种子形成与吸积情景，这需要在大爆炸后前几亿年内探测并刻画黑洞以得到验证。在此，我们对红移 z=10.6 的异常明亮星系 GN-z11 的 JWST-NIRSpec 光谱进行了详尽分析，揭示出 [NeIV]2423 与 CII*1335 跃迁（活动星系核 AGN 的典型特征）的探测，以及示踪密度高于 10^9 cm-3（AGN 宽线区典型值）的半禁戒星云线的探测。这些光谱特征表明 GN-z11 宿主一个吸积黑洞。光谱还揭示出深且蓝移的 CIV1549 吸收槽，示踪速度为 800-1000 km/s 的外流，很可能由 AGN 驱动。假设局域维里关系，我们推导出黑洞质量 log(M_BH/Msun) = 6.2 +- 0.3，以约 5 倍爱丁顿速率吸积。这些性质既与重种子情景一致，也与经历 episodic 超爱丁顿阶段的中等/轻种子情景相符。我们的发现自然地解释了 GN-z11 的高光度，也能为其异常高的氮丰度提供解释。
引用
@article{arxiv.2305.12492,
title = {A small and vigorous black hole in the early Universe},
author = {Roberto Maiolino and Jan Scholtz and Joris Witstok and Stefano Carniani and Francesco D'Eugenio and Anna de Graaff and Hannah Uebler and Sandro Tacchella and Emma Curtis-Lake and Santiago Arribas and Andrew Bunker and Stéphane Charlot and Jacopo Chevallard and Mirko Curti and Tobias J. Looser and Michael V. Maseda and Tim Rawle and Bruno Rodriguez Del Pino and Chris J. Willott and Eiichi Egami and Daniel Eisenstein and Kevin Hainline and Brant Robertson and Christina C. Williams and Christopher N. A. Willmer and William M. Baker and Kristan Boyett and Christa DeCoursey and Andrew C. Fabian and Jakob M. Helton and Zhiyuan Ji and Gareth C. Jones and Nimisha Kumari and Nicolas Laporte and Erica Nelson and Michele Perna and Lester Sandles and Irene Shivaei and Fengwu Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.12492},
year = {2024}
}
备注
9 figures, 2 tables, published in Nature, replaced to match the accepted version