高红移盘星系中超大质量黑洞增长的模拟

观测表明，大部分黑洞增长发生在正常的恒星形成盘星系中。在此，我们描述了孤立盘星系中黑洞吸积的模拟，其具有足够的分辨率 (~5 pc) 以追踪为黑洞提供养分的巨分子云的形成。在 $z=2$ 的富气体盘 ($f_{\rm gas}=50\%$) 中，黑洞偶尔会经历由与巨大致密云层的随机碰撞驱动的、持续约 10 Myr 的爱丁顿极限吸积事件。我们预测这些富气体盘在 1/4 的时间内宿主弱活动星系核 (AGN)，在 10% 的时间内宿主中等/强 AGN。在 100 Myr 时间尺度和整个吸积率分布上取平均，黑洞以爱丁顿极限的百分之几的速度增长——足以符合观测结果并使星系保持在 $M_{\rm BH}-M_{\rm bulge}$ 关系上。这表明孤立 $z=2$ 盘中的致密云吸积可能主导宇宙黑洞增长。在 $f_{\rm gas}=10\%$ 的 $z=0$ 盘中，爱丁顿极限增长极为罕见，因为典型气体云较小且更容易受到 AGN 反馈的破坏。这导致高 $f_{\rm gas}$ 星系中的平均黑洞增长率比低 $f_{\rm gas}$ 星系高出多达 1000 倍。在我们所有的模拟中，吸积在不同时间尺度上表现出高达 $10^4$ 倍的变异性，其中 1 Myr 尺度的变异性由星际介质的结构驱动。