[論文レビュー] Origin and Evolution of Massive Black Holes in Galactic Nuclei

R. D. Blandford|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 1999

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、銀河核に存在する巨大ブラックホールが、高赤方偏移（z > 2）の活発期に放射支配的で需要制限型の降着を経て主に成長したと提案している。その際のe-folding timescaleは約40 Myrである。また、今日観測できないが、ほとんどの局所的ブラックホール質量は、現在は観測不能な明るいAGNで形成されたと主張しており、ブラックホールの成長をホスト銀河およびクェーサー集団の進化と関連づけている。

ABSTRACT

Beyond all reasonable doubt, black holes are commonly found in the nuclei of most normal galaxies. In recent years, dynamical measurements of hole masses have transformed the study of their functioning and evolution. In particular, relating their masses, as measured contemporaneously, to the properties of distant quasars can constrain models of the combined evolution of black holes and their host galaxies. It is suggested that black hole growth is radiation-dominated and demand-limited with an e-folding time of $\sim40$ Myr and that most local black hole mass was assembled in AGN with redshifts, z>2, whose counterparts are not directly observed today. Black hole binaries have additional features and observable consequences.

研究の動機と目的

• 銀河核に存在する巨大ブラックホールの起源と歴史的進化を理解すること。
• 遠方のクェーサーおよび局所的銀河の観測的性質とブラックホール質量の成長を関連付けること。
• 特に活動銀河核（AGN）においてブラックホール成長を駆動する降着メカニズムを特定すること。
• 今日の観測対象が存在しないにもかかわらず、なぜ局所的ブラックホール質量の大部分が高赤方偏移（z > 2）で集積されたのかを説明すること。
• ブラックホール二重星が銀河核の観測的進化に果たす役割を検討すること。

提案手法

• 局所的銀河におけるブラックホールの動的質量測定を分析し、過去の成長を推定する。
• 同時期のブラックホール質量と遠方クェーサーの明るさおよび赤方偏移分布を比較し、降着歴を制約する。
• 放射支配的で需要制限型のブラックホール成長をモデル化し、e-folding timescaleを約40 Myrと仮定する。
• AGNおよびクェーサー集団からの観測的制約を用いて、ブラックホール質量集積のピーク期を推定する。
• 銀河核におけるブラックホール二重星の観測的影響（動的および放射的効果）を検討する。
• 降着物理学の理論的枠組みを適用し、ブラックホール進化と銀河の共進化を結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河核に存在する巨大ブラックホールの成長を駆動したメカニズムは何か？
• RQ2 ブラックホール質量の大部分がどの赤方偏移で集積されたのか？ なぜその対応するAGNは今日直接観測されないのか？
• RQ3 観測されたクェーサー明るさ関数は、ブラックホールの降着歴にどのように制約を加えるか？
• RQ4 ブラックホール二重星は銀河核の観測的進化にどのような役割を果たすか？
• RQ5 局所的ブラックホールの質量は、高赤方偏移クェーサーの性質とどのように調和させられるか？

主な発見

• ほとんどの局所的ブラックホール質量は、今日直接観測できないが、赤方偏移z > 2のAGNで集積された。
• ブラックホール成長は、放射支配的で需要制限型であると最もよく説明され、e-folding timescaleは約40 Myrである。
• ブラックホール質量とホスト銀河の性質との観測的相関は、高赤方偏移AGN段階における降着によって説明可能である。
• 今日の高赤方偏移AGNの対応物が存在しないことは、最も質量の大きなブラックホールが形成され、その後静止状態に入ったことを示唆している。
• ブラックホール二重星は、周期的変動や重力波放射といった追加の観測的特徴をもたらし、過去の成長段階の間接的証拠を提供する可能性がある。
• z > 2のバースト的成長段階を通じて、このモデルは局所的ブラックホールの高質量と遠方クェーサーの明るさ関数を調和させている。