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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:1501.00989 (astro-ph)
[提交于 2015年1月5日 ]

标题: 模拟中间质量黑洞的增长

标题: Simulating the growth of Intermediate Mass Black Holes

Authors:Fabio Pacucci, Andrea Ferrara
摘要: Theoretical models predict that a population of Intermediate Mass Black Holes (IMBHs) of mass $M_\bullet \approx 10^{4-5} \, \mathrm{M_{\odot}}$ might form at high ($z > 10$) redshift by different processes. Such objects would represent the seeds out of which $z > 6$ Super-Massive Black Holes (SMBHs) grow. We numerically investigate the radiation-hydrodynamic evolution governing the growth of such seeds via accretion of primordial gas within their parent dark matter halo of virial temperature $T_{vir} \sim 10^4 \, \mathrm{K}$. 我们发现,质量初始为$M_0=10^5 \, \mathrm{M_{\odot}}$的直接坍缩黑洞 (DCBH) 的吸积过程以平均速率$\dot{M}_{\bullet} \simeq 1.35 \, \dot{M}_{Edd} \simeq 0.1 \, \mathrm{M_{\odot} \, yr^{-1}}$发生,且是间歇性的( duty-cycle 为$ < 50\%$),持续时间为$\approx 142 \, \mathrm{Myr}$;该系统平均以超爱丁顿亮度辐射,随着向中心天体直接供能的内层质量壳密度增加,其亮度逐渐增强。 最终,当气体总质量的$\approx 90\%$被吸积到黑洞上后(尽管平均辐射超过爱丁顿极限),黑洞最终质量达到$\sim 7 \times 10^6 \, \mathrm{M_{\odot}}$,剩余的气体由于强烈的辐射爆发被从星系晕中吹走,峰值亮度达到$L_{peak}\sim 3\times 10^{45} \, \mathrm{erg \, s^{-1}}$。 在大部分演化过程中,IMBH 是康普顿厚的,在模拟的后期阶段达到柱密度$N_H \sim 10^{25} \, \mathrm{cm^{-2}}$。 我们简要讨论了该模型的观测影响。
摘要: Theoretical models predict that a population of Intermediate Mass Black Holes (IMBHs) of mass $M_\bullet \approx 10^{4-5} \, \mathrm{M_{\odot}}$ might form at high ($z > 10$) redshift by different processes. Such objects would represent the seeds out of which $z > 6$ Super-Massive Black Holes (SMBHs) grow. We numerically investigate the radiation-hydrodynamic evolution governing the growth of such seeds via accretion of primordial gas within their parent dark matter halo of virial temperature $T_{vir} \sim 10^4 \, \mathrm{K}$. We find that the accretion onto a Direct Collapse Black Hole (DCBH) of initial mass $M_0=10^5 \, \mathrm{M_{\odot}}$ occurs at an average rate $\dot{M}_{\bullet} \simeq 1.35 \, \dot{M}_{Edd} \simeq 0.1 \, \mathrm{M_{\odot} \, yr^{-1}}$, is intermittent (duty-cycle $ < 50\%$) and lasts $\approx 142 \, \mathrm{Myr}$; the system emits on average at super-Eddington luminosities, progressively becoming more luminous as the density of the inner mass shells, directly feeding the central object, increases. Finally, when $\approx 90\%$ of the gas mass has been accreted (in spite of an average super-Eddington emission) onto the black hole, whose final mass is $\sim 7 \times 10^6 \, \mathrm{M_{\odot}}$, the remaining gas is ejected from the halo due to a powerful radiation burst releasing a peak luminosity $L_{peak}\sim 3\times 10^{45} \, \mathrm{erg \, s^{-1}}$. The IMBH is Compton-thick during most of the evolution, reaching a column density $N_H \sim 10^{25} \, \mathrm{cm^{-2}}$ in the late stages of the simulation. We briefly discuss the observational implications of the model.
评论: 已被接受发表于《MNRAS》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO); 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:1501.00989 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:1501.00989v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1501.00989
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2015 448 (2): 104-118
相关 DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stv018
链接到相关资源的 DOI

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来自: Fabio Pacucci [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2015 年 1 月 5 日 21:00:16 UTC (1,884 KB)
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