超大质量黑洞的宇宙学演化。II. 自旋演化降序的证据
宇宙学与河外天体物理
2015-06-04 v1
摘要
自旋是描述超大质量黑洞（SMBHs）的一个重要但约束较差的参数。利用SMBH数密度的连续性方程，我们明确得到了吸积辐射效率（作为SMBH自旋的代理）随质量变化的宇宙学演化。我们的计算使用了活动和非活动星系的SMBH质量函数（在本系列第一篇论文中推导）、活动星系核（AGN）的辐射光度函数（经康普顿厚源贡献修正）以及观测的爱丁顿比分布。我们发现，在高红移（z>~1）时，辐射效率通常随黑洞质量增加而增加，大致为η ∝ M_bh^0.5，而在较低红移时趋势逆转，使得最低质量的黑洞达到最高效率。质量M_bh>~10^8.5M_sun的黑洞在高红移时保持高达η~0.3-0.4的辐射效率，接近快速自旋系统的最大值，但到z~0时其效率急剧下降（一个数量级）。较低质量黑洞的模式稍复杂但定性相似。假设标准吸积盘模型适用，我们认为SMBH的吸积历史及其伴随的自旋在两个不同阶段演化：早期是持续吸积阶段（可能由主要并合驱动），在此期间黑洞自旋增加；然后转变为随机、间歇性吸积阶段（由次要并合和内部长期过程主导），在此期间黑洞自旋减小。转变时期取决于质量，反映了AGN种群中“宇宙降序”的其他证据；高质量黑洞发生在z~2，而较低质量系统稍晚，在z~1。
引用
@article{arxiv.1202.3516,
title = {Cosmological Evolution of Supermassive Black Holes. II. Evidence for Downsizing of Spin Evolution},
author = {Yan-Rong Li and Jian-Min Wang and Luis C. Ho},
journal= {arXiv preprint arXiv:1202.3516},
year = {2015}
}
备注
To appear in the ApJ, 11 pages and 9 figures