黑洞演化：II. 超新星驱动湍流星际介质中的自旋黑洞

超大质量黑洞（BH）从其周围吸积气体，并在星系并合过程中与伴星并合，这两个过程都会改变黑洞的质量和自旋。通过对理想化或嵌入宇宙网中的星系进行高分辨率流体动力学模拟，我们探讨了星际气体动力学和外部扰动对黑洞自旋演化的影响。所有这些物理量均以自洽的方式实时演化。我们使用“最大”模型来描述恒星反馈引起的湍流，以突出其对黑洞吸积气体角动量的影响。剧烈的恒星形成期之后是恒星反馈驱动大规模外流和热气泡的阶段。我们发现黑洞吸积与恒星形成同步，因为只有当气体寒冷且致密时，这两个过程才会发生。在此期间，气体运动由一致的旋转主导。另一方面，当恒星反馈变得显著时，湍流运动会使气体角动量随机化。然而，在这种情况下黑洞吸积受到强烈抑制，因为缺乏寒冷且致密的气体。在我们的宇宙学模拟中，在极早期（z>6），星系盘尚未稳定，吸积气体的角动量没有优先方向，因此黑洞自旋保持较低。随着气体稳定成盘（6>z>3），黑洞自旋迅速达到其最大值。在较低红移处（z<3），即使星系并合翻转了吸积气体的角动量方向导致其反向旋转，黑洞自旋的大小也仅出现适度且暂时的下降。如果这是黑洞的典型演化情景，那么对其起源和组装可能产生深远后果，因为嵌入薄 Shakura-Sunyaev 盘中的最大自旋黑洞的吸积会显著减少。