黑洞基本平面的理论解释

我们利用主要星系并合模拟，研究了超大质量黑洞（BHs）与其宿主星系性质之间相关性的起源和演化，包括气体耗散、冷却、恒星形成以及黑洞吸积和反馈的影响。我们证明，模拟预测了黑洞“基本平面”（BHFP）的存在，其形式为M_BH sigma^(3.0+-0.3)*R_e^(0.43+-0.19) 或 M_BH M_bulge^(0.54+-0.17)*sigma^(2.2+-0.5)，与观测发现的关系类似。模拟表明，BHFP大致可以理解为黑洞质量与球状星体结合能之间的倾斜内禀相关性，或者是反馈耦合以驱动压力驱动外流的条件。虽然晕圈圆周速度、并合轨道参数、 progenitor盘红移和气体比例、星际介质气体加压以及其他参数的变化可以驱动例如在固定M_bulge下sigma的变化，从而导致M_BH-sigma或M_BH-M_bulge关系的变化，但BHFP是稳健的。鉴于在高红移下，对于给定的M_bulge，R_e呈减小趋势的经验规律，BHFP预测在固定的M_bulge下，黑洞将更重，这与最近的观测结果非常吻合。这种并合残余结构特性的演化，即在给定的M_bulge下，R_e更小、sigma更大（因此M_BH更大，同时保持BHFP不变），是由bulge progenitor在高红移下具有特征性的更大气体比例所驱动的。采用观测到的盘气体比例随红移的演化，我们的模拟预测了R_e(M_bulge)和M_BH(M_bulge)两者的观测趋势。