利用 SIMBA 宇宙模拟研究 $M_\bullet-M_*$ 关系中的残差

我们研究黑洞与星质量间的比例关系 ($M_\bullet-M_*$)，诊断该关系中的残差 $\Delta \log(M_\bullet/M_\odot)$（$\Delta$），以理解星系与黑洞（BH）的共演化。在宇宙流体动力学模拟 SIMBA 中，我们发现 SIMBA 能良好再现观测到的 $M_\bullet-M_*$ 关系，中心星系与卫星星系差异不大。通过采用中位数值确定残差，我们发现残差与星系冷气内容、星形成速率、颜色以及黑洞吸积特性相关。SIMBA 中实现的 torque 模型与 Bondi 模型均对该残差有贡献，其中 torque 吸积在高红移及低质量星系中起主导作用，而 Bondi（亦包括 BH 合并）则在低红移及大质量星系中占据主导地位。我们将样本划分为两个 population：$\Delta>0$ 与 $\Delta <0$，随后跟踪其主要祖星的演化路径。通过演化跟踪，我们提出了 BH-星系共演化的简单图景：早形成的星系更早种植黑洞，随后迅速增长 stellar mass，以快速到达触发 `喷射模式'反馈的临界点。这一过程降低了冷气内容，停止了 $M_*$ 的增长，有效实现星系的淬灭。与此同时，在 torque 吸积增长的初始阶段，早形成星系与后形成星系的 BH 质量相当。然而，早形成星系在转向 Bondi 吸积时，似乎拥有略高的 BH 质量，与星系转变时间相吻合。由于早形成星系更早到达此阶段——为其在 Bondi 吸积及合并提供更长的时间——其残差因此为正，即在 $z=0$ 时相较于同一 $M_*$ 的晚形成星系，拥有更为庞大的 BH 质量。这一图景得到星系年龄与残差之间强正相关的进一步支持，我们正建议用观测数据验证这一 SIMBA 所述的故事。