[論文レビュー] Intermediate Mass Black Holes: A brief review

F. Koliopanos|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 172被引用数 4

ひとこと要約

このレビューは、100〜100,000太陽質量の間の質量を有する中間質量ブラックホール（IMBH）を特定するための現在の理論的および観測的取り組みを統合している。形成経路（例えば、第III星族の星の崩壊や、高密度星集団内での繰り返し合体）を検討し、IMBHの確認が、超大質量ブラックホールの種の理解および銀河の共進化に不可欠であると主張している。

ABSTRACT

Intermediate mass black holes (IMBHs) are an (as yet) elusive class of black holes that are expected to lie in the $10^2-10^5\,M_{\odot}$ range, between the firmly established stellar-mass black holes and ${\gtrsim}10^6\,M_{\odot}$ supermassive black holes. Predicted by a variety of theoretical models, IMBHs are the potential seeds of supermassive black holes and are expected to power some of the brightest extra-nuclear X-ray sources. This brief review is the result of a presentation and subsequent discussion of IMBHs that took place during the 12th International Frascati workshop on "Multifrequency Behaviour of High Energy Cosmic Sources". The manuscript aims to provide a concise and up-to-date review of the different evolutionary scenarios for the creation of IMBHs. Throughout the text I emphasize the importance of the identification and classification of IMBHSs in our effort to understand the formation of supermassive black holes and their co-evolution with their host galaxies.

研究の動機と目的

• 100–100,000 M☉の範囲における中間質量ブラックホール（IMBH）の現在の証拠状況を評価すること。
• 第III星族星の残骸や、高密度星集団内での動的集合といった、IMBH形成の理論的モデルを評価すること。
• 初期の銀河形成における、IMBHが超大質量ブラックホール（SMBH）の種として果たす役割を検討すること。
• IMBHの同定が、ブラックホールフィードバックおよび銀河進化の理解においてなぜ重要であるかを強調すること。
• 主な候補天体とその力学的またはX線的性質を要約し、IMBHの存在を裏付ける証拠とする。

提案手法

• リーマン＝ヴェルナー放射に支配される原始ガスの直接的崩壊を含む、IMBH形成の理論的モデルを統合すること。
• 球状星団や若い大質量星団の人口合成およびN体シミュレーションをレビューし、IMBHの保持および成長を評価すること。
• 低光度活動銀河核（AGN）およびX線連星系におけるX線および電波の変動を分析し、潜在的なIMBHの特徴を同定すること。
• 銀河および球状星団内の星の運動を用いた動力学的質量測定を評価し、中心ブラックホール質量を推定すること。
• 候補天体における観測されたX線の縦断およびスペクトル的特徴（例：相対論的Fe Kα線）を、IMBH降着モデルと比較すること。
• 多波長データと改善された動力学的モデリングを用いて、NGC 4395、RGG 118、NGC 404などの観測的候補を調査すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 100–100,000 M☉の範囲における中間質量ブラックホール（IMBH）の形成に至る主な天体物理学的経路は何か？
• RQ2 高赤方偏移（z ≈ 6）で観測される超大質量ブラックホールの形成に、IMBHがどのように種として機能するのか？
• RQ3 X線帯および電波帯において、IMBHが恒星質量ブラックホールおよび超大質量ブラックホールとどのように区別されるかの観測的特徴は何か？
• RQ4 矮星銀河および球状星団における動力学的測定が、IMBHの存在に与える制約は何か？
• RQ5 質量、降着状態、空間的分布といったIMBHの性質が、その宿主銀河内のフィードバック過程に与える影響は何か？

主な発見

• 100–1,000 M☉のIMBHは、z > 15で金属量が低く、ジェーン質量が大きなハロー内で形成された巨大第III星族星の残骸として予測される。
• 10^4–10^5 M☉のIMBHは、Tvir > 10^4 Kのリーマン＝ヴェルナー放射に支配されるハロー内での原始ガスの直接的崩壊によって形成される可能性がある。
• NGC 4395のような候補天体には、中心に約10^4 M☉の低質量ブラックホールが存在し、X線の変動がIMBHへの降着と整合的である。
• 矮星銀河RGG 118には50,000 M☉のブラックホールが存在し、運動学的および光度的データがそのIMBHとしての分類を支持している。
• NGC 4395のような低光度AGNにおける電波およびX線の放射度相関は、ブラックホール連星に特徴的なディスク・ジェット結合を示しており、IMBH起源を支持する。
• NGC 404や他の静止状態の天体における改善された動力学的モデリングにより、中心ブラックホール質量の制約が厳しくなった。一部のモデルでは、10^4–10^5 M☉のIMBHが支持されている。