高红移星系中黑洞种子的不稳定动力学演化

高红移星系中黑洞种子的动力学对于理解其通过吸积增长的能力以及在星系并合期间配对形成密近双星至关重要。为恰当追踪黑洞动力学，我们发展了一个物理动机模型，以捕捉来自恒星、暗物质和气体的未分辨动力学摩擦。我们首先验证该模型，然后将其用于研究在 $z\sim9$ 矮原星系中诞生的种子黑洞的动力学。我们进行了一系列 zoom 宇宙学模拟，空间分辨率高达 10 pc，恒星与暗物质质量分辨率分别为 $2\times10^3 \, \textrm{M}_\odot$ 和 $2\times10^5 \, \textrm{M}_\odot$。我们首先探索种子黑洞在其诞生星系中的动力学，表明若种子质量小于 $10^5\, \textrm{M}_\odot$，其动力学高度不稳定。动力学由恒星成分主导，其分布不规则且斑块状，从而引入轨道的随机性：黑洞可能位于原星系中的任何位置。当该矮星系并合入更大星系时，必须以极高的空间与质量分辨率模拟该过程，以正确计入卫星黑洞恒星包层的剥离。相遇的结果可能是一个密近双星，或至少是暂时的游荡黑洞，从而导致星系中出现多个黑洞，每一个都来自不同的并合。