高红移超大质量黑洞可通过混沌吸积由恒星级种子黑洞生长而成

质量 $M_{\rm BH} > 10^9 M_\odot$ 的极高质量黑洞已在越来越高的红移处被观测到。这些结果对早期黑洞的形成与增长机制提出了愈发严苛的约束。本文表明，即便已知最极端的黑洞 Pōniuāʻena，也可由 $10 M_\odot$ 的种子黑洞通过爱丁顿极限发光吸积生长而来，前提是吸积几乎连续进行，但由大量初始方向互不相关的事件组成。这种混沌吸积情景确保生长中的黑洞自旋缓慢，无量纲自旋参数 $a \lesssim 0.2$，因此其辐射效率也较低，$\epsilon \simeq 0.06$。若吸积即便部分对齐，即 $20-40\%$ 的吸积事件沿同一方向发生，黑洞自旋与辐射效率将高得多，导致增长显著变慢。我们提出，仅当在 $z \geq 9.1$（约比 Pōniuāʻena 早 $150$ Myr）处发现 $10^9 M_\odot$ 黑洞时，混沌吸积情景才可被完全证伪。极端类星体的空间密度表明，大约每 $4 \times 10^7$ 个种子黑洞中仅有一个会遇到有利生长条件以产生观测到的极端类星体。其他种子黑洞生长效率低得多，主要由于占空比更低，因而更难探测。