宇宙黎明时期超大质量黑洞的形成机制
星系天体物理
2026-05-05 v2
摘要
红移 z∼10（即大爆炸后约 4.5 亿年）的超大质量黑洞星系（OBGs）是詹姆斯·韦伯太空望远镜迄今为止最令人困惑的发现之一，因为它们形成于如此早期的宇宙纪元，且其黑洞与恒星质量比远高于当今星系中的相应比值。本文表明，OBGs 仅是早期原初晕中直接坍缩黑洞（DCBH）诞生的结果。我们的宇宙学模拟中，在 z = 25.7 处形成的一个 70,000 M⊙ 的 DCBH 以约爱丁顿速率的一半增长，到 z = 10.1 时达到 6.0×10^6 M⊙。其寄主星系达到恒星质量 4×10^8 M⊙、金属丰度 Z = 0.1 Z⊙、恒星形成率 2 M⊙ yr⁻¹，以及 M_BH/M_* ∼ 0.01，与 GN-z11、UHZ1 和 GHZ9 等 OBGs 在 z = 10.6、10.1 和 10.2 处的特征一致。我们的模拟是首次追踪 DCBH 与其寄主星系共同演化数百 Myr 的结果，结果表明这一比值是 DCBH 最初抑制恒星形成以及随后 Pop III 超新星剧烈抛射金属的自然结果。我们的模型与 UHZ1（z = 10.1）和 GHZ9（z = 10.4）的光谱吻合良好。
引用
@article{arxiv.2603.28682,
title = {How Overmassive Black Holes Formed at Cosmic Dawn},
author = {Muhammad A. Latif and Daniel J. Whalen and Sadegh Khochfar and Fergus Cullen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.28682},
year = {2026}
}
备注
9 pages, 4 figures, accepted by ApJL