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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2407.15915v1 (astro-ph)
[提交于 2024年7月22日 (此版本) , 最新版本 2024年10月9日 (v2) ]

标题: 缓慢自转黑洞的弱超爱丁顿吸积解释了小红点的X射线弱性

标题: Mildly Super-Eddington Accretion Onto Slowly-Spinning Black Holes Explains the X-Ray Weakness of the Little Red Dots

Authors:Fabio Pacucci, Ramesh Narayan
摘要: JWST揭示了一个在$z>4$的低光度AGN群体,它们位于紧凑、红色的宿主星系中(“小红点”,或LRDs),在X射线中大部分未被检测到。 我们使用GRRMHD模拟研究了这一现象,模拟的是超爱丁顿吸积到质量为$M_\bullet=10^7 \,\rm M_\odot$的超大质量黑洞(SMBH)在$z\sim6$的情况,代表了中位群体;我们得到的光谱能量分布(SEDs)本质上是X射线弱的。 X射线最弱的情况出现在以轻微超爱丁顿率($1.4<f_{\rm Edd}<4$)吸积的超大质量黑洞(SMBH)中,其自转为零,并且从极点方向以角度$>30^\circ$观测。 X射线辐射计修正在观测的$2-10$keV 波段达到$\sim10^4$,在$z=6$,比X射线堆叠的最高限制高$\sim5$倍。 大多数SED表现出$\alpha_{\rm ox}$值超出标准范围,X射线弱性随着光学-紫外线光度增加;它们在X射线中也异常陡峭和软(中位光子指数$\Gamma=3.1$,众数为$\Gamma=4.4$)。 SED在X射线中较强时,当靠近热($>10^8$K)和高度相对论性喷流观测时,其光谱更硬,并有一个高能峰,而X射线较弱的SED则没有这一特征。 在距离超大质量黑洞极区$10^\circ$的范围内观测,其中束流增强了X射线辐射,具有$\sim1.5\%$的概率,与LRD的X射线检测率相匹配。 下一代观测设备如AXIS将在从任何观测角度$z\sim6$处探测到X射线较弱的LRD。 尽管许多LRD中的超大质量黑洞已经被估计以超爱丁顿率吸积,但我们的模型通过要求它们的质量仅被高估了一个因子来解释$50\%$的群体。 $\sim3$。 总之,我们认为LRD包含缓慢旋转的超大质量黑洞,以适度超爱丁顿率吸积,具有大的覆盖因子和由强风增强的宽发射线,为它们的X射线弱性提供了一个自洽的解释,并补充了其他模型。
摘要: JWST has revealed a population of low-luminosity AGN at $z>4$ in compact, red hosts (the "Little Red Dots", or LRDs), which are largely undetected in X-rays. We investigate this phenomenon using GRRMHD simulations of super-Eddington accretion onto a SMBH with $M_\bullet=10^7 \,\rm M_\odot$ at $z\sim6$, representing the median population; the SEDs that we obtain are intrinsically X-ray weak. The highest levels of X-ray weakness occur in SMBHs accreting at mildly super-Eddington rates ($1.4<f_{\rm Edd}<4$) with zero spin, viewed at angles $>30^\circ$ from the pole. X-ray bolometric corrections in the observed $2-10$ keV band reach $\sim10^4$ at $z=6$, $\sim5$ times higher than the highest constraint from X-ray stacking. Most SEDs exhibit $\alpha_{\rm ox}$ values outside standard ranges, with X-ray weakness increasing with optical-UV luminosity; they are also extraordinarily steep and soft in the X-rays (median photon index $\Gamma=3.1$, mode of $\Gamma=4.4$). SEDs strong in the X-rays have harder spectra with a high-energy bump when viewed near the hot ($>10^8$ K) and highly-relativistic jet, whereas X-ray weak SEDs lack this feature. Viewing a SMBH within $10^\circ$ of its pole, where beaming enhances the X-ray emission, has a $\sim1.5\%$ probability, matching the LRD X-ray detection rate. Next-generation observatories like AXIS will detect X-ray weak LRDs at $z\sim6$ from any viewing angle. Although many SMBHs in the LRDs are already estimated to accrete at super-Eddington rates, our model explains $50\%$ of their population by requiring that their masses are overestimated by a mere factor of $\sim3$. In summary, we suggest that LRDs host slowly spinning SMBHs accreting at mildly super-Eddington rates, with large covering factors and broad emission lines enhanced by strong winds, providing a self-consistent explanation for their X-ray weakness and complementing other models.
评论: 提交至《天体物理学期刊快报》。16页,7图
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:2407.15915 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2407.15915v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.15915
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Fabio Pacucci [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 7 月 22 日 18:00:00 UTC (4,318 KB)
[v2] 星期三, 2024 年 10 月 9 日 16:24:03 UTC (4,262 KB)
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