Supermassive black hole seeds from sub-keV dark matter
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Quasars observed at redshifts z ∼ 6–7.5 are powered by supermassive black holes which are too large to have grown from early stellar remnants without efficient super-Eddington accretion. A proposal for alleviating this tension is for dust and metal-free gas clouds to have undergone a process of direct collapse, producing black hole seeds of mass M seed ∼ 10 5 M ⊙ around redshift z ∼ 17. For direct collapse to occur, a large flux of UV photons must exist to photodissociate molecular hydrogen, allowing the gas to cool slowly and avoid fragmentation. We investigate the possibility of sub-keV mass dark matter decaying or annihilating to produce the UV flux needed to cause direct collapse. To do so, we calculate the produced UV flux from dark matter annihilations and decays within the gas cloud's halo and compare these to the requirements of the UV spectrum found by previous hydrodynamical simulations. We find that annihilating dark matter with a mass in the range of 13.6 eV ≤ m dm ≤ 20 eV can produce the required flux while avoiding existing constraints. A non-thermally produced dark matter particle which comprises the entire dark matter abundance requires a thermally averaged cross section of 〈 σv 〉 ∼ 10 -35 cm 3 /s. Alternatively, the flux could originate from a thermal relic which comprises only a fraction ∼ 10 -9 of the total dark matter density. Decaying dark matter models which are unconstrained by independent astrophysical observations are unable to sufficiently suppress molecular hydrogen, except in gas clouds embedded in dark matter halos which are larger, cuspier, or more concentrated than current simulations predict. Lastly, we explore how our results could change with the inclusion of full three-dimensional effects. Notably, we demonstrate that if the H 2 self-shielding is less than the conservative estimate used in this work, the range of both annihilating and decaying dark matter models which can cause direct collapse is significantly increased.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».