The properties of primordially-seeded black holes and their hosts in the first billion years: implications for JWST
Notice bibliographique
Résumé
Aims. James Webb Space Telescope (JWST) observations have opened a tantalising new window onto possible black holes as early as redshifts of z ∼ 10.4. Using local relations for calibration, these systems show a number of puzzling properties including black holes as massive as M BH ≳ 10 8 M ⊙ in place at z ∼ 10, unexpectedly high black hole-to-stellar mass ratios of M BH / M * ≳ 0.1 and, for some of them, extremely low metallicities. These pose a serious challenge for “astrophysical” seeding and growth models that we aim to explain with “cosmological” primordial black holes (PBHs) in this work. Methods. We present PHANES ( P rimordial black h oles a ccelerating the assembly of n ascent e arly s tructures), an analytic framework that follows the evolution of dark matter halos, and their baryons in the first billion years, seeded by a population of PBHs with seed masses between 10 0.5 − 10 6 M ⊙ . In addition to a fiducial model where black holes are considered non-spinning ( s = 0), we also explore two “maximal” scenarios where black holes show maximally prograde ( s = +1) or retrograde ( s = −1) spins. Results. PBH seeded models yield a black hole mass function that extends between 10 1.25−11.25 (10 0.75−7.25 ) M ⊙ at z ∼ 5(15) for the different models considered in this work. Interestingly, PBH-seeded models (with s = 0 or −1) naturally result in extremely high values of M BH / M * ≳ 0.25 at z ∼ 5 − 15. For a typical stellar mass of M ∗ = 10 9 M ⊙ , we find an average value of M BH / M * ∼ 0.4(1.6) for s = 0(−1) at z = 5, providing a smoking gun for PBH-seeded models. Showing Eddington accretion fractions that range over two orders of magnitude ( f Edd ∼ 0.01 − 1), another particularity of PBH-seeded models is their ability of producing systems with high black hole-to-stellar mass ratios that are extremely metal poor ( Z ≲ 10 −2 Z ⊙ ). Yielding a PBH-to-dark matter fraction ≲10 −9 and a stellar mass function that lies four orders of magnitude below observations, our model is in accord with all current cosmological and astrophysical bounds.
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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 | 0,001 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».