[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出，星系核中的大质量黑洞主要通过高红移（z > 2）活跃阶段的辐射主导、需求受限吸积而增长，其e倍时间常数约为40 Myr。文章认为，绝大多数本地黑洞质量形成于现今不可见的明亮活动星系核（AGN），并将黑洞增长与宿主星系及类星体群体的演化联系起来。

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.

研究动机与目标

• 理解星系核中大质量黑洞的起源与演化历史。
• 将黑洞质量增长与遥远类星体及本地星系的观测特性联系起来。
• 确定驱动黑洞增长的吸积机制，特别是活动星系核（AGN）中的机制。
• 解释为何尽管现今无直接对应体，本地黑洞质量的大部分仍是在高红移（z > 2）时期形成的。
• 考察黑洞双星在星系核可观测演化中的作用。

提出的方法

• 分析本地星系中黑洞的动力学质量测量，以推断其过去的增长历史。
• 将同时期的黑洞质量与遥远类星体的光度及红移分布进行比较，以约束吸积历史。
• 将黑洞增长建模为辐射主导且需求受限，其e倍时间常数约为40 Myr。
• 利用AGN与类星体群体的观测约束，推断黑洞质量积累的峰值时期。
• 考虑黑洞双星在星系核中可能产生的可观测效应，包括动力学与辐射效应。
• 应用吸积物理的理论框架，将黑洞演化与星系共同演化联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么机制驱动了星系核中大质量黑洞的增长？
• RQ2 大多数黑洞质量在何种红移下完成积累？为何对应的AGN今日无法被直接观测到？
• RQ3 观测到的类星体光度函数如何约束黑洞的吸积历史？
• RQ4 黑洞双星在星系核的可观测演化中扮演何种角色？
• RQ5 如何将本地黑洞的质量与高红移类星体的特性相协调？

主要发现

• 绝大多数本地黑洞质量是在红移z > 2的AGN中形成的，这些AGN现今无法被直接观测到。
• 黑洞增长最适宜被描述为辐射主导且需求受限，其e倍时间常数约为40 Myr。
• 黑洞质量与宿主星系性质之间的观测相关性，可通过高红移AGN阶段的吸积过程加以解释。
• 现今无法观测到高红移AGN的对应体，表明最重的黑洞已形成并进入休眠状态。
• 黑洞双星引入了额外的可观测特征，如周期性变异性与引力波辐射，可能为过去增长阶段提供间接证据。
• 该模型通过z > 2时期的爆发式增长阶段，将本地黑洞的高质质量与遥远类星体的光度函数协调一致。