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星系核中大质量黑洞的形成:失控潮汐相遇

星系天体物理 2017-02-08 v1 高能天体物理现象 广义相对论与量子宇宙学

摘要

核星团(NSCs)与超大质量黑洞(SMBHs)均栖息于星系核中,在一系列核球质量范围内共存,但在最大或最小星系中相互排斥。我们提出,一旦 NSCs 超过某一临界中心密度和速度弥散,NSCs 向 SMBHs 的转化便通过失控潮汐俘获发生。与所有碰撞式失控过程一样,该过程的瓶颈在于黑洞质量首个 e 倍增长。恒星质量黑洞越过该瓶颈的增长发生于被潮汐俘获的恒星在近心点处被反复吸积(质量转移)消耗的过程中。一旦黑洞达到约 100-1000 太阳质量,潮汐俘获可能作为一种增长通道而关闭,但潮汐瓦解事件将继续并似乎能够将种子 SMBH 增长到更大尺寸。一旦种子 SMBH 消耗了其宿主 NSC 的核心,失控过程减慢(变为亚指数)。尽管 SMBHs 的宇宙质量密度主体最终(通过 Soltan-Paczynski 论证)由极高质量星系中的间歇性气体吸积产生,但最小的 SMBHs 很可能来自与 NSC 恒星的强潮汐相遇的增长。完全经由该通道增长时间 tt 的 SMBH 种子将遵循与其宿主星系速度弥散 σ\sigma 的简单幂律关系。在最简单情形下为 Mσ3/2Mt/G106M(σ/50 km s1)3/2(t/1010 yr)1/2M_\bullet \sim \sigma^{3/2}\sqrt{M_\star t / G} \sim 10^{6}M_\odot (\sigma / 50~{\rm km~s}^{-1})^{3/2}(t/10^{10}~{\rm yr})^{1/2},但指数和前因子可因损失锥补充细节而略有不同。由该机制预测当前的潮汐瓦解事件率与观测一致。

关键词

引用

@article{arxiv.1606.01909,
  title  = {Formation of Massive Black Holes in Galactic Nuclei: Runaway Tidal Encounters},
  author = {Nicholas C. Stone and Andreas H. W. Kuepper and Jeremiah P. Ostriker},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1606.01909},
  year   = {2017}
}

备注

18 pages, 9 figures, comments welcome