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Enregistrement W7056576071

Formation of Supermassive Black Holes in the Early Universe

2021· article· en· W7056576071 sur OpenAlexafffund

Notice bibliographique

RevueScholarship@Western (Western University) · 2021
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueMagnetic confinement fusion research
Établissements canadiensWestern University
Organismes subventionnairesMitacsNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaEuropean CommissionAgencia Nacional de Investigación y DesarrolloCompute CanadaScience and Industry Endowment Fund
Mots-clésSupermassive black holeGamma-ray burst progenitorsAccretion (finance)Intermediate-mass black holeBinary black holeStellar black holeStarsPrimordial black hole
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The aim of the work presented in this thesis is to understand the formation and growth of the seeds of the supermassive black holes in early universe. Supermassive black holes (SMBH) with masses larger than 108MSun have been observed when the Universe was only 800 Myr old. The formation and accretion history of the seeds of these supermassive black holes are a matter of debate. We consider the scenario of massive seed black hole formation which allows gas to directly collapse into a black hole (DCBH) of similar mass. Considering this scenario, we show that the mass function of SMBH after such a limited time period with growing formation rate paired with super-Eddington accretion can be described as a broken power-law with two characteristic features. Another possible pathway for the formation of SMBHs is through the collapse of supermassive stars (SMSs). We explore how SMSs with mass of the order of 103-5MSun could be formed via gas accretion and runaway stellar collisions in high-redshift, metal-poor nuclear star clusters. These SMSs could grow into a few times 109MSun supermassive black holes observed at z~7 via Eddington-accretion. We explore physically motivated accretion scenarios, e.g. Bondi–Hoyle–Lyttleton accretion and Eddington accretion, as well as simplified scenarios such as a constant accretion. While gas is present, the accretion timescale remains considerably shorter than the timescale for collisions with the most massive object. However, the timescale for collisions between any two stars in the cluster can become comparable or shorter than the accretion timescale, hence collisions still play a relevant role. In addition, initial collisions will speed up the accretion process particularly in the Eddington and Bondi scenario. We show that the upper mass limit of the initial mass function (IMF) affects the maximum mass of the final mass distribution in the cluster in the case of constant accretion, while it is not statistically relevant for Eddington or Bondi accretion. This is even the case in spite of the fact that the upper IMF cut-off sets the accretion rate. For Bondi accretion, which scales as the square of the accretor mass, the initial accretion rate is higher and the most massive object forms earlier for a larger upper-mass cutoff. The initial compactness of the cluster is important in case of constant accretion rates and for the Eddington scenario, while it does not significantly affect the mass of the most massive object in the Bondi scenario. The Bondi scenario can potentially produce the most massive objects with 105MSun, but it also implies a long timescale without relevant growth. Depending on the conditions, massive objects of 103-5MSun can form for all three accretion scenarios considered. However, mass loss due to stellar winds could be an important limitation for the formation of the SMSs and affect the final mass, especially in high-metallicity environments. In this thesis, we study the effect of mass loss driven by stellar winds on the formation and evolution of SMSs in dense NSCs using idealised N-body simulations. We adopt theoretical mass loss rates from the literature. Considering different accretion scenarios, we have studied the effect of the mass loss rates over a wide range of metallicities Z*=[.001-1] ZSun and Eddington factors fEdd = L*/LEdd = 0.5, 0.7, & 0.9. The final masses of the SMSs are determined by the adopted accretion scenario, metallicity, and luminosity. For the accretion rate of 10-4MSun/yr , SMSs of masses ~103-4MSun can be formed for all adopted values of Z* and fEdd. For the accretion rate of 10-4MSunyr-1 , SMSs of masses ~ 103-4MSun can be formed for all adopted values of Z* and fEdd, except for Z* = ZSun and fEdd = 0.7 or 0.9. For Eddington accretion SMSs of masses of the order of 103MSun can be formed in low metallicity environments with Z< 0.01 ZSun. The most massive SMSs of masses of the order of 105MSun can be formed for Bondi-Hoyle accretion in environments with Z< 0.5 ZSun.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,003

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,061
Tête enseignante GPT0,297
Écart entre enseignants0,236 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission2
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