黑洞黎明时期的电磁观测窗口
高能天体物理现象
2019-03-21 v1 星系天体物理
摘要
质量为10^6-10^10 Msun的黑洞（BHs）在本地星系核中无处不在。在宇宙年龄达数Gyr时它们已很常见，且其中许多在宇宙大爆炸后第一个1~Gyr内就已就位。它们快速聚集被认为归因于诸如气体向早期原星系核的快速坍缩、伴随早期结构形成的恒星级黑洞吸积与并合，以及早期超密恒星团的失控坍缩等机制。早期大质量黑洞的起源仍是天体物理学中一个引人入胜且长期未解的谜题。在此我们讨论利用电磁观测区分黑洞播种模型的策略。我们认为最直接的答案将通过探测红移z>10、质量M<10^5 Msun的黑洞获得，我们预期它们最早在此形成。触及这些红移并下探到这些质量至关重要，因为黑洞在增长到远超10^5 Msun并被纳入更高质星系时，预计会丢失其初始聚集的记忆。探测高红移10^4-10^5 Msun黑洞的最佳方式是灵敏的X射线巡天。通过建立其宿主星系在深光学/红外成像巡天中的性质与环境，可增强关键的约束能力。所需的OIR数据可由JWST与WFIRST任务获取。所需的X射线通量极限（低至10^{-19} erg/s/cm^2）仅能通过兼具高（亚角秒）角分辨率与高吞吐量的下一代X射线天文台达到。深X射线与OIR巡天的结合将能探测黑洞种子情景的若干通用标志，并解决其起源的长期谜题。这些电磁观测还与LISA关于高红移黑洞并合的信息高度协同。
引用
@article{arxiv.1903.08579,
title = {Electromagnetic Window into the Dawn of Black Holes},
author = {Zoltán Haiman and William N. Brandt and Alexey Vikhlinin and Jillian Bellovary and Elena Gallo and Jenny Greene and Kohei Inayoshi and Joseph Lazio and Bret Lehmer and Bin Luo and Piero Madau and Priya Natarajan and Feryal Özel and Fabio Pacucci and Alberto Sesana and Daniel Stern and Christian Vignali and Eli Visbal and Fabio Vito and Marta Volonteri and Joan Wrobel and Emanuele Berti and Volker Bromm and Greg Bryan and Nico Cappelluti and Anastasia Fialkov and Martin Haehnelt and John Regan and Angelo Ricarte and John Wise and Jemma Wolcott-Green},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.08579},
year = {2019}
}
备注
Science white paper submitted to the Astro2020 Decadal Survey