黑洞的宇宙自转与质量演化及其影响

我们构建了一个依赖于气体吸积、恒星俘获、并合以及电磁力矩等过程的中心黑洞演化模型。在存在冷却源的气体吸积情形下，气流为动量驱动，此后黑洞达到饱和质量；随后，它仅通过恒星俘获与并合增长。我们在 $\Lambda$CDM 宇宙学下，以初始种子质量与自旋对质量与自旋的演化进行建模。对于恒星俘获，我们假设恒星尖峰的密度轮廓为幂律，并在包含黑洞自旋、Carter 常数、损失锥角动量与俘获半径效应的相对论损失锥理论框架内进行。基于此，预测的俘获率为 $10^{-5}$--$10^{-6}$ yr$^{-1}$，更接近于观测范围。我们认为并合活动在 $z \lesssim 4$ 时有效，并自洽地纳入了 Blandford-Znajek 力矩。我们分别计算以及组合这些效应对黑洞增长的影响，以推导其演化。在饱和之前，吸积主导黑洞增长（约占最终质量的 $\sim 95\%$），此后恒星俘获与并合并接管，二者贡献大致相当。使用这些效应对 $M_{\bullet} - \sigma$ 关系演化的模拟与现有观测一致。我们将模型向时间反演，并回溯形成时的参数。我们的模型将为构建黑洞人口统计以及涉及恒星俘获的形成情景提供有用输入。