Semillas supermasivas para agujeros negros supermasivos

Observaciones recientes de quásares impulsados por agujeros negros supermasivos (SMBHs) hasta z > 7 limitan tanto las masas iniciales de las semillas como el crecimiento de los agujeros negros (BHs) más masivos en el universo temprano. Aquí elucidamos las implicaciones de la retroalimentación radiativa de las primeras generaciones de estrellas y de la acreción de BH para los modelos populares de formación y crecimiento de semillas de BH. Mostramos que, al considerar adecuadamente (1) el papel limitado de las fusiones en el crecimiento de las semillas de BH según lo inferido de simulaciones cosmológicas de formación estelar temprana y retroalimentación radiativa, (2) las tasas de acreción sub-Eddington de los BHs esperadas en los primeros tiempos, y (3) las grandes eficiencias radiativas (eᵣad) de los BHs más masivos inferidas de observaciones de núcleos galácticos activos en alto corrimiento al rojo (eᵣad > 0.1), llegamos a la conclusión de que las semillas iniciales de BH podrían haber sido tan masivas como > 10⁵ MSun. Esto presenta un fuerte desafío al modelo de semillas de la Población III, que requiere masas de semillas de ~ 100 MSun y, incluso con una acreción constante limitada por Eddington, requiere eᵣad < 0.09 para explicar los SMBHs de más alto z en el modelo cosmológico estándar LambdaCDM de hoy. Sin embargo, es consistente con la predicción del escenario de colapso directo de la formación de semillas de SMBH, en el que una estrella primordial supermasiva se forma en una región del universo con un campo de radiación de fondo que disocia moléculas alto, y colapsa directamente en una semilla de BH de 10⁴--10⁶ MSun. Estos resultados corroboran simulaciones cosmológicas recientes y campañas observacionales que sugieren que estos BHs masivos fueron las semillas de una gran fracción de los SMBHs que residen hoy en los centros de las galaxias.