高红移莱曼Break星系中的大质量黑洞

多项证据表明，再电离时期（红移 $z>6$）的莱曼 Break 星系（LBG）可能宿主大质量黑洞（MBH）。我们结合来自 7 Ms Chandra 巡天的严格限制以及已知的高-$z$ 超大质量黑洞族，利用并合树模型来探讨这一问题。我们发现，在 $z=6$ 时位于 $M_h\approx 10^{12} M_\odot$ 晕中、具有 $M_{\rm UV}=-22$ 的典型 LBG 宿主一个质量为 $M_\bullet \approx 2\times 10^8 M_\odot$ 的 MBH。根据早期晕中播种直接坍缩黑洞种子（$M_{\rm seed}=10^5 M_\odot$）的比例 $f_{\rm seed}$，该模型给出两种可能情形：（a）若 $f_{\rm seed}=1$，LBG 中的 MBH 主要通过并合增长，且必须以低（$\lambda_E\simeq 10^{-3}$）爱丁顿比吸积，以免超过实验 X 射线光度上限 $L_X^* = 10^{42.5} {\rm erg\, s}^{-1}$；（b）若 $f_{\rm seed}=0.05$，吸积占主导（$\lambda_E\simeq 0.22$），且 LBG 中的 MBH 发射必须被严重遮挡。两种情形下，直到很亮的星等 $M_{\rm UV} > -23$，紫外光度函数都主要由恒星发射主导，黑洞发射起次要作用。情形（a）对 DCBH 形成提出了极其苛刻且可能非物理的要求。情形（b）对涉及远红外光度、发射线和外流存在的 LBG 物理性质给出了可检验的推论。