黑洞如何在无 AGN 反馈下阻止其宿主星系增长

在 $z>6$ 处具有 $M_{\bullet} \sim 10^9$ M$_{\odot}$ 的超大质量黑洞（SMBHs）可能起源于大质量种子黑洞（BHs）。我们研究了用直接坍缩黑洞（DCBHs）（$M_{\bullet}=10^{4-6}\, \mathrm{M}_\odot$）播种 SMBHs 对原星系盘增长的影响。我们表明，即使没有直接的反馈效应，种子黑洞的增长也会减少宿主星系盘中引力不稳定性的发展，抑制恒星形成并将恒星限制在盘中的窄环内，导致在 $z \sim 6$ 处星系位于本地黑洞-恒星质量关系之上。宇宙与黑洞吸积率的相对大小支配着黑洞-恒星质量关系的演化。对于典型的 DCBH 形成时期 $z_{\rm{i}} \sim 10$，我们发现，在按 $\Lambda$CDM 预测的平均速率增长且宿主黑洞能够在 $z\gtrsim6$ 达到 $M_{\bullet}\sim 10^9 \, \mathrm{M}_{\odot}$ 的晕中，恒星形成受到抑制。增长较慢的黑洞导致恒星形成开始延迟；一个以爱丁顿极限 0.25 倍增长的 $M_{\bullet} \sim 10^6$ M$_{\odot}$ 种子将使恒星形成延迟 $\sim100$ Myr。若晕增长率提高 $\sim 0.6\, \sigma$，该延迟会减少约 $\sim10$ 倍。我们的结果表明，由 DCBHs 播种的 SMBHs 及其宿主星系形成于不同的原初晕中。在没有后续并合的情况下，要使演化中的黑洞在 $z=6$ 时落于本地黑洞-恒星质量关系上，需要高于平均的宇宙吸积或更早的种子形成（$z_{\rm i} \sim 20$）。