黑洞质量-恒星质量关系的建立

我们推导了在黑洞吸积由星系合并历史中发生的星系相遇触发的假设下，超大质量黑洞相对于其宿主星系恒星成分的增长。我们表明，在此框架内，黑洞质量与星系恒星质量之比（归一化到局部值）Gamma=(M_BH/M_*)(z)/(M_BH/M_*)(z=0) 同时依赖于黑洞质量和红移。虽然 Gamma(z) 的平均值和弥散度随 z 增加，但这种效应对大质量黑洞更为显著，在 z>4 时，大质量黑洞（M>10^9 M_{\odot}）的 Gamma 值达到 5，这与近期对高红移类星体的观测一致；这是由于在高红移的高密度环境中，相互作用在触发黑洞吸积方面的有效性。为了用观测检验该模型，我们针对对应于已获得 Gamma 测量的不同观测样本的模拟星系子样本，制定了具体的预测。我们发现，对于 1<z<2 的宽线活动星系核，预期 Gamma=2，且随着黑洞质量增加有轻微增大的趋势。相反，当我们从蒙特卡洛模拟中仅选择 2<z<3 时极端富气、快速恒星形成的星系时，我们发现低值 0.3<Gamma<1.5，这与近期对亚毫米星系样本的观测结果一致；在我们的模型框架内，这些天体最终在 z=0 时成为低到中等质量的黑洞（M<10^9 M_{\odot}），并且它们并不代表通向局部大质量星系的典型路径。后者优先通过高于局部 M_*-M_BH 关系的路径形成。我们讨论了从该模型中得出的整体图景如何与降序演化情景一致，在该情景中，大质量黑洞在高红移 z>4 时吸积了其最终质量的更大比例。