超大质量黑洞的超大质量种子
宇宙学与河外天体物理
2015-06-12 v3
摘要
近期对红移 z > 7 处由超大质量黑洞 (SMBHs) 供能的类星体的观测，限制了早期宇宙中最大质量黑洞 (BHs) 的初始种子质量及其增长。在此，我们阐明了来自早期恒星世代和黑洞吸积的辐射反馈对流行的种子黑洞形成与增长模型的影响。我们表明，通过适当考虑：(1) 早期恒星形成和辐射反馈的宇宙学模拟所推断的并合在种子黑洞增长中的有限作用，(2) 最早期预期的亚爱丁顿黑洞吸积率，以及 (3) 从高红移活动星系核观测中推断出的最大质量黑洞的高辐射效率 (e_rad > 0.1)，我们得出的结论是，初始黑洞种子的质量可能高达 > 10^5 太阳质量。这对 Population III 种子模型提出了严峻挑战，该模型要求种子质量约为 100 太阳质量，并且即使在恒定爱丁顿极限吸积下，也需要 e_rad < 0.09 才能解释当今标准 LambdaCDM 宇宙学模型中最高红移的超大质量黑洞。然而，这与超大质量黑洞种子形成的直接坍缩情景的预测一致，在该情景中，超大质量原初恒星在具有高分子解离背景辐射场的宇宙区域形成，并直接坍缩成 10^4--10^6 太阳质量的种子黑洞。这些结果佐证了最近的宇宙学模拟和观测活动，表明这些大质量黑洞是当今驻留在星系中心的大部分超大质量黑洞的种子。
引用
@article{arxiv.1211.0548,
title = {Supermassive Seeds for Supermassive Black Holes},
author = {Jarrett L. Johnson and Daniel J. Whalen and Hui Li and Daniel E. Holz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1211.0548},
year = {2015}
}
备注
9 pages, 2 figures; accepted for publication in ApJ