暗中之光：首批黑洞的谱演化

红移 $z \gtrsim 10$ 的大质量黑洞(MBH)种子现在被认为是解释大爆炸后 $< 1 \, \mathrm{Gyr}$ 内就已存在超大质量($10^{9-10} \, \mathrm{M_{\odot}}$)黑洞的关键成分。一旦形成，大质量种子通过吸积遗留的晕气体而增长并辐射出大量辐射；其光谱从而可提供关于其演化的关键信息。通过结合辐射流体动力学与光谱合成代码，我们模拟了初始质量 $10^5 \, \mathrm{M_{\odot}}$ 的MBH种子宿主晕中发出的随时间演化的光谱，假设为标准Eddington极限吸积或适用于超Eddington流的 slim吸积盘。辐射主要出现在观测的红外-亚毫米($1-1000 \, \mathrm{\mu m}$)与X射线($0.1 - 100 \, \mathrm{keV}$)波段。该信号应易被JWST在 $\sim 1 \, \mathrm{\mu m}$ 附近直至 $z \sim 25$ 探测到，并被ATHENA(在 $0.1$ 和 $10 \, \mathrm{keV}$ 之间，直至 $z \sim 15$)探测到。诸如Chandra Deep Field South之类的超深X射线巡天可能已探测到这些系统直至 $z \sim 15$。基于此，我们假设标准Eddington极限吸积，给出了 $z \gtrsim 6$ MBH质量密度的上限 $\rho_{\bullet} \lesssim 2.5 \times 10^{2} \, \mathrm{M_{\odot} \, Mpc^{-3}}$。若吸积以slim盘模式发生，限制则弱得多，在最严格情形下 $\rho_{\bullet} \lesssim 7.6 \times 10^{3} \, \mathrm{M_{\odot} \, Mpc^{-3}}$。