Entstehung von Quasaren bei z∼6 durch hierarchische Galaxienverschmelzungen

Die Entdeckung von leuchtenden Quasaren bei Rotverschiebung z ~ 6 weist auf die Existenz von supermassiven Schwarzen Löchern (SMBHs) mit einer Masse von ~10⁹ Msun hin, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Diese Erkenntnis stellt mehrere Herausforderungen für theoretische Modelle dar. Hier präsentieren wir die ersten Multi-Skalen-Simulationen, die zusammen mit einem selbstregulierten Modell für das Wachstum der SMBH einen leuchtenden Quasar bei z ~ 6.5 im LCDM-Paradigma erzeugen. Wir verfolgen die hierarchische Zusammensetzungsgeschichte des massivsten Halos in einem Volumen von ~ 3 Gpc³ und stellen fest, dass dieses Halo von ~ 8x 10^12 Msun, das bei z ~ 6.5 nach mehreren massiven Fusionen entsteht, in der Lage ist, eine Reihe von beobachteten Eigenschaften von SDSS J1148+5251, dem am weitesten entfernten Quasar, der bei z = 6.42 entdeckt wurde (Fan et al. 2003), zu reproduzieren. Darüber hinaus wachsen die SMBHs durch Gasakkretion unterhalb der Eddington-Grenze auf eine selbstregulierte Weise aufgrund von Feedback. Wir stellen fest, dass die Vorfahren signifikante Sternentstehung (bis zu 10⁴ Msun/Jahr) vor der Hauptquasar-Phase erleben, sodass die stellare Masse des Quasar-Hosts bei z ~ 6.5 10^12 Msun erreicht, was mit Beobachtungen einer signifikanten Metallanreicherung in SDSS J1148+5251 übereinstimmt. Unsere Ergebnisse bieten einen viablen Entstehungsmechanismus für Quasare bei z ~ 6 in der Standard-LCDM-Kosmologie und demonstrieren einen gemeinsamen, durch Verschmelzungen bedingten Ursprung für die seltensten Quasare und die grundlegende SMBH-Host-Korrelation im hierarchischen Universum. (Abgekürzt)