天体物理学中的因果发现：揭示超大质量黑洞与星系共演化
星系天体物理
2025-01-29 v2
摘要
相关性不等于因果性，但可以利用变量之间统计关联的模式来推断因果结构（即使仅使用纯观测数据）。作为纯观测科学，天体物理学从这些新方法中能够获益良多。超大质量黑洞 (SMBH)—星系相互作用长期受到观察到的尺度关系（即变量之间低散布相关性，如 SMBH 质量和宿主星系 bulge 中恒星中心速度分散）的约束。本研究利用先进的因果发现技术和最新数据集，揭示了星系属性与动态测得的 SMBH 质量之间存在因果联系。我们应用基于得分的贝叶斯框架计算每种可能描述我们星系样本的因果结构的确切条件概率。凭借准后验分布，我们确定最可能的因果结构，并注意到在按形态划分星系时会出现可能的因果反转。在椭圆星系中，bulge 属性（由主要 mergers 构建）倾向于影响 SMBH 的增长；而在螺旋星系中，SMBH 似乎影响宿主星系的属性，可能通过气体丰富环境中的反馈实现。对于螺旋星系，SMBH 会逐步抑制星际形成，而在椭圆星系中，抑制完成，因果联系发生了反转。我们的发现支持星系和活跃星系核 (AGN) 层级组装模型中的理论框架，即反馈调节星系演化。本研究表明，在天体物理学和宇宙学尺度关系中进一步探索因果联系的潜力巨大，以及其他任何观测科学。
引用
@article{arxiv.2410.00965,
title = {Causal Discovery in Astrophysics: Unraveling Supermassive Black Hole and Galaxy Coevolution},
author = {Zehao Jin and Mario Pasquato and Benjamin L. Davis and Tristan Deleu and Yu Luo and Changhyun Cho and Pablo Lemos and Laurence Perreault-Levasseur and Yoshua Bengio and Xi Kang and Andrea Valerio Maccio and Yashar Hezaveh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.00965},
year = {2025}
}
备注
35 pages, 21 figures, accepted by The Astrophysical Journal. Previously entitled "A Data-driven Discovery of the Causal Connection between Galaxy and Black Hole Evolution" in earlier versions