宇宙黎明处首个类星体的诞生

宇宙黎明时期最早的类星体由对十亿太阳质量超大质量黑洞的质量吸积所驱动。通过直接坍缩机制形成的 massive black hole 种子被认为是最有希望的候选者，但它们在宇宙早期如何增长并与其宿主星系共同演化仍属未知。我们在此展示一项宇宙学辐射流体动力学模拟的结果，该模拟自洽地建模了 Pop III 和 Pop II 恒星形成、其宿主星系中的辐射与超新星反馈，以及来自 $\rm 10^5 ~M_{\odot}$ 的吸积超大质量黑洞（MBH）在 $\rm 2 \times 10^9~M_{\odot}$ 晕中从 $z=26$ 到 $z=16$ 的 X 射线反馈。我们的结果表明，MBH 附近 X 射线的能量沉积抑制了 Pop III 恒星形成约 12 Myr，同时这些 X 射线催化了 $\rm H_2$ 的形成，导致在 MBH 近旁形成 500 $\rm M_{\odot}$ 的 Pop III 星团。我们发现 Pop III 的恒星形成模式因团块状吸积而呈间歇性和爆发式，而 Pop II 则为连续性。宿主星系在 $z \sim 16$ 时的恒星质量为 $\rm 2 \times 10^7~M_{\odot}$，恒星形成率（SFR）为 $\rm \sim 0.1-1~M_{\odot}/yr$。总计，MBH 在 120 Myr 内吸积了 $\rm 1.5 \times 10^6~M_{\odot}$，平均吸积率为 $\rm \sim 0.01~M_{\odot}/yr$，对应于平均爱丁顿比例 50%。