超大质量黑洞质量与恒星质量之比的红移演化

我们运行并分析了一组采用不同超新星反馈和超大质量黑洞（SMBH）吸积方案的高红移放大宇宙学模拟，以研究高红移星系中恒星与 SMBH 质量的共同演化，直至 $z=10$。如果在最终的自调节阶段之前允许超爱丁顿吸积，这些模拟能够重现观测到的高红移 $M_{\mathrm{BH}}/M_{\star}$ 关系。为了将演化扩展到更低红移，我们使用解析晕组装历史结合与红移相关的有效爱丁顿占空比 $f_{\rm duty}=0.0004(1+z)^3$ 对后续的黑洞与宿主增长进行建模，该占空比根据 $z\le6$ 的观测进行了校准，并在更高红移处采用了保守的不确定性。在此框架内，$M_{\mathrm{BH}}/M_{\star}$ 在 $z\sim7$--10 处呈现宽峰，达到百分之几直至 $\sim30\%$，随后向 $z=0$ 呈现稳定的近似幂律下降。该模型预测在 $z=(0,1,2,3,5,10)$ 时 $M_{\mathrm{BH}}/M_{\star}\sim(0.002,0.003,0.006,0.016,0.071,0.156)$，与现有观测一致。这种演化是由高红移下 SMBH 的快速增长驱动的，其有效质量 e 倍增时间短于恒星质量，而在后期星系增长占主导，导致 $M_{\mathrm{BH}}/M_{\star}$ 下降。这些结果表明，尽管占空比归一化存在不确定性，高红移峰值的出现及其随后的下降是稳健的。