模拟中自然形成超大质量黑洞和小红点

超大质量黑洞的起源一直是天体物理学中长期存在的问题。最近的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）观测揭示，在z > 4–6处存在一个出乎意料丰富的超大质量黑洞群体，其黑洞质量远高于本地标度关系，且现有宇宙学模型无法重现这些黑洞。这些超大质量黑洞如何在年轻星系中形成并快速生长，仍然不清楚。在此，我们展示了完全宇宙学辐射流体动力学模拟，这些模拟自洽地追踪了原星系团环境中超大质量黑洞的诞生、早期生长和可观测特征。我们发现，约10^6 M⊙量级的重种子自然形成，超出典型理论预期一个数量级。这些种子迅速发展出致密、光学厚的盘，其强烈的电子散射产生与小红点中所见相当的宽Hα发射。持续的超爱丁顿吸积随后驱动快速生长，到z ≃ 8时达到约3 × 10^7 M⊙。据我们所知，这是首次展示将小红点统一为重种子形成的一个短暂、被包裹的阶段，这些重种子自然演化为JWST探测到的超大质量类星体，并最终成为当今超大质量黑洞的祖先。