在宇宙学结构形成模拟中生长首批明亮类星体
宇宙学与河外天体物理
2015-05-13 v2 星系天体物理
摘要
我们采用宇宙学流体动力学模拟，研究高红移处大质量黑洞（BHs）在受到引力波辐射引起的黑洞并合反冲影响下的增长。我们从Millennium模拟中选取红移z=6处质量最大的暗物质晕，并以更高分辨率重新模拟其形成过程，其中包含了气体物理以及黑洞播种、增长和反馈的模型。假设初始黑洞种子质量较大，约为10^5太阳质量，且播种发生在红移z~15、质量在10^9-10^10太阳质量范围内的暗物质晕中，我们发现，在z=6时有可能形成超大质量黑洞（SMBHs），这些黑洞的大部分质量是在持续的以爱丁顿极限为上限的吸积期内累积的。模拟得到的超大质量黑洞的性质，在估计的黑洞质量、热光度、宿主晕内的恒星形成量以及宿主星系最内部区域存在高度富集气体等方面，与z=6类星体的观测结果一致。在z=6处黑洞吸积率达到峰值后，质量最大的黑洞变得足够大，其增长进入一个由反馈调节的、缓慢得多的吸积阶段。我们探索了预期反冲和辐射效率的完整范围，并考虑了具有自旋的黑洞模型。在最“悲观”的情况下，即黑洞初始自旋很高时，我们发现，如果这些超大质量黑洞主要孤立增长且只经历少量并合，其增长可能会受到阻碍。虽然黑洞反冲可以驱逐相当一部分低质量黑洞，但并不会显著影响超大质量黑洞的累积。相反，大量的黑洞并合通过显著降低其自旋，对超大质量黑洞的增长产生了有利影响。[内容有删减]
引用
@article{arxiv.0905.1689,
title = {Growing the first bright quasars in cosmological simulations of structure formation},
author = {Debora Sijacki and Volker Springel and Martin G. Haehnelt},
journal= {arXiv preprint arXiv:0905.1689},
year = {2015}
}
备注
26 pages, 19 figures, minor revisions, MNRAS accepted