首批黑洞的超爱丁顿增长

首批超大质量黑洞 (SMBHs) 在 $z \gtrsim 6$ 的组装仍是激烈争论的主题。如果黑洞 (BHs) 以其爱丁顿率增长，它们必须始于由气体直接坍缩形成的 $\gtrsim 10^4 \, M_\odot$ 种子。在此我们探索另一种情形：第一代恒星的 $\sim 100 \, M_\odot$ 黑洞残骸通过辐射效率低下的细吸积盘以超爱丁顿率增长。我们使用改进版的宇宙学、数据约束的半解析模型 GAMETE/QSOdust，其中我们追踪核黑洞以及宿主星系的气体冷却、盘和核球形成的演化。采用 $z = 6.4$ 的 SDSS J1148+5251 (J1148) 作为明亮 $z \gtrsim 6$ 类星体的原型，我们发现其 SMBH 质量的 $\sim$ 80% 通过超爱丁顿吸积增长，这在致密、富气环境中可维持到 $z \sim 10$。在 $z \sim 20$ 时平均黑洞质量为 $M_{\rm BH} \gtrsim 10^4 \,M_\odot$，与直接坍缩黑洞相当。在 $z = 6.4$ 时，AGN 驱动的质量外流率与观测一致，且黑洞-核球质量比与本地标度关系相容。然而，中心 2.5 kpc 内的恒星质量更接近从 CO 观测推断的值。最后，在 $z=7.1$ 时 J1148 的祖星系中 $\sim 20 \%$ 具有与 ULAS J1120+0641 可比的黑洞光度和质量，表明该类星体可能是 J1148 的祖星系之一。