Моделирование Lumina прояснило историю сверхмассивных черных дыр и «маленьких красных точек» в ранней Вселенной
Международная группа астрофизиков представила результаты проекта Lumina — масштабного космологического моделирования, которое впервые с высокой точностью воспроизводит популяции активных галактических ядер (AGN) в ранней Вселенной. Симуляция охватывает эпохи реионизации водорода и гелия и объединяет большой объем (500 cMpc)? с разрешением 2?6000? частиц.
Модель самосогласованно прослеживает эволюцию сотен миллионов галактик и сверхмассивных черных дыр (SMBH), а также их влияние на ионизацию и температурный режим межгалактической среды. Благодаря уникальному динамическому диапазону ученые смогли предсказать функции светимости AGN в диапазоне от жесткого рентгена до среднего инфракрасного для красных смещений z?3.
Особое внимание уделено двум классам объектов: умеренно ярким квазарам и так называемым «маленьким красным точкам» (Little Red Dots, LRDs), открытым телескопом JWST. Исследователи разработали эмпирическую модель, которая связывает симулированные SMBH с наблюдаемыми AGN с помощью болометрических поправок и учета поглощения. Для LRDs предполагается, что черные дыры с массой до 10? масс Солнца находятся в этой фазе с рабочим циклом 30%.
Простая схема позволяет точно воспроизвести наблюдаемые функции светимости и пространственное распределение LRDs. Для ярких квазаров, чтобы объяснить данные телескопов до JWST, потребовалось ввести логарифмический разброс в болометрической светимости около 0,3 dex. Таким образом, модель согласуется как с наблюдениями квазаров, так и с новыми данными JWST.
Помимо описания эволюции плотности числа AGN и LRDs, моделирование демонстрирует, что та же популяция AGN является основным драйвером реионизации гелия (HeII), которая самосогласованно включена в симуляцию.
По мнению авторов, созданная эмпирическая модель открывает путь к общим моделям синтеза популяций высококрасных AGN, включая LRDs, в единой космологической рамке. Работа опубликована в репозитории arXiv и готовится к рецензированию в научном журнале.
