流向超大质量黑洞的超爱丁顿吸积流

我们研究了嵌入具有低金属丰度的致密气体云中的大质量黑洞（BH；$10^2 < M_{BH} < 10^6 M_{sun}$）上的极高速率球对称吸积流，执行了包含多频辐射转移和非平衡原初化学的一维流体动力学模拟。我们发现，当 $(n/10^5 \text{ cm}^{-3}) > (M_{BH}/10^4 M_{sun})^{-1}(T/10^4 \text{ K})^{3/2}$ 时，来自 Bondi 半径的气体以超爱丁顿速率快速供给可以在不受辐射反馈阻碍的情况下发生，其中 $n$ 和 $T$ 分别是 Bondi 半径外部环境气体的密度和温度。在该状态下，所得吸积率是稳定的，且大于 3000 倍爱丁顿吸积率。在较低的 Bondi 吸积率下，由于辐射反馈，吸积是阵发性的，平均速率被限制在爱丁顿速率以下。对于超爱丁顿情况，稳态解由两部分组成：一个辐射主导的中心核，其中电子散射引起的光子捕获很重要；以及一个遵循 Bondi 分布且温度 $T \sim 8000 \text{ K}$ 的吸积包层。当出射光度因光子捕获而被限制在爱丁顿光度以下时，来自中心区域的辐射不会影响更大尺度上的气体动力学。我们将结果应用于维里温度 $T_{vir} > 10^4 \text{ K}$ 的原星系中大质量 BH 的快速形成。一旦在星系中心形成一个种子 BH，它可以通过气体吸积增长到最大约 $10^5 (T_{vir}/10^4 \text{ K}) M_{sun}$，且与初始 BH 质量无关。最后，我们讨论了快速吸积 BH 在有无尘埃情况下的可能观测特征。我们建议这些系统可以分别解释无 X 射线的 Ly$\alpha$ 发射体和具有热尘埃发射的明亮红外源。