矮星系中的中等质量黑洞反馈:来自宇宙学模拟的视角

黑洞通常观测为恒星级或超大质量。依自然推演,宇宙中应存在一类中等质量黑洞(IMBHs:质量介于 $100$ 至 $10^6 M_{\odot}$),且已开始被观测到。Silk (2017) 近期提出了一个引人瞩目的论断:$z=5-8$ 时富气体矮星系中 IMBHs 的早期反馈,有可能解决 $\Lambda$-冷暗物质宇宙学框架下的多个矮星系问题。我们正开展 $(2 Mpc)^3$ 体元的宇宙学流体动力学模拟,从 $z=100$ 起始,以检验矮星系中 IMBHs 的情形。当晕质量达到 $10^7 M_{\odot}$ 时,于其中心播撒质量为 $1000 M_{\odot}$ 的黑洞种子。黑洞通过吸积周围气体及与其他黑洞并合而增长,并随之喷出反馈能量。我们在后处理中分析模拟输出,以研究首批 IMBHs 的增长及其对恒星形成的影响。基于数值模拟结果,我们的结论支持 Silk (2017) 的现象学设想。矮星系中心的 IMBHs 可作为强反馈源以抑制恒星形成并产生外流。同时,这些 IMBHs 构成了恒星级与超大质量黑洞之间的缺失环节。