LambdaCDM 宇宙中的黑洞生长与活动

(已节选) 超大质量黑洞的观测特性暗示了它们的组装与其宿主椭球体形成之间存在根本性的联系。我们使用 LambdaCDM 宇宙水动力模拟来对黑洞的生长和活动进行建模，通过跟踪星系势阱中质子质量分量的演化。我们发现，如果气体质量在椭球体中与黑洞质量成线性比例，则可重现观察到的黑洞质量与椭球体速度分散系数之间的严格关系，即 M_BH propto $\sigma^4$。在该模型中，黑洞的生长会因与星际形成及反馈的竞争而饱和，这两种过程决定了可被吸积的气体分数。除非其他过程也起作用，否则我们预计该 M_BH-σ关系并非在原始结构中设定，而是在较低的红移 $z \approxlt 2$ 完全建立，并且在更早的时期较浅一些。我们发现，中心黑洞质量仅通过 M_BH ~ M_DM^4/3 与其暗物质 halo 简单相关。我们假设星系经历一次典型持续时间为 t_Q ~ $2 \times 10^7$ 年的激发阶段，并指出星际形成调节的气体在椭球体中的耗竭可解释在红移 z<3 时光学蓝段激发天体数量的减少。然而，尽管采用最简单的假设（即红移独立的激发持续时间），该模型在高红移处会过预测光学激发数量，尽管它在 1 < z< 6 的红移范围内给出了 X 射线激发天体数密度的观察演化。最后，我们发现大多数黑洞质量是在 z ~ 3 时在星系中组装完成的，并且黑洞吸积率密度在大致对应于 z ~ 4-5 时的星际形成率密度的峰值处。