矮星系中重量级黑洞种子幸存者：Leo I案例研究

质量为 $M_\bullet > 10^9 \, \rm M_\odot$ 的超大质量黑洞（SMBH）托生于高红移星系中，挑战了我们对黑洞形成与生长的理解，因为已涌现出几种尝试解释其存在的途径。所谓“重种子”路径通过让这些SMBH的前体拥有最高可达 ${\sim} 10^5~{\rm M_\odot}$ 的出生质量来化解这一难题。本文我们考察了当地矮星系Leo I是否携载一种重量级种子后代。我们采用蒙特卡洛合并树生成类似银河系（MW；其质量为 ${\sim} 10^{12}~{\rm M_\odot}$ 于红移 $z{=}0$ 时）的1000个暗物质星系的合并历史。在这些合并树中寻找类似Leo的卫星星系，并调查这些卫星星系的若干前体是否形成了重量级种子。我们推导了各种形成与存活准则以及Leo相似性准则下此类“重量级种子幸存者”（HSSs）的概率。我们发现，原子冷却和快速气体吸积导致重量级种子形成的原生温度 $T_{\rm act}$ 对HSSs数量影响最大。我们发现当 $T_{\rm act}$分别取 $9,000$K、$7,000$K和 $5,000$K时，MW类星系中HSSs的比例分别为 $0.7\%$、$18.1\%$和 $96.5\%$。这表明Leo I可能携载一种重量级种子，为瓦解重量级种子与其他SMBH形成机制之间的区别提供了机会。