Formation of massive black holes via collisions and accretion

Abstract

Para explicar la población de agujeros negros supermasivos en z ~ 7, se necesitan semillas de agüeros negros muy masivas o, alternativamente, escenarios de acreción super-Eddington a fin de alcanzar masas finales del orden de 10⁹ M⊙. El modelo del colapso directo predice la formación de un solo objeto masivo debido al colapso directo de una nube de gas masiva. Las simulaciones en los últimos años han demostrado que este escenario es muy difícil de lograr. Un modelo realista de formación de agujeros negros debería tener en cuenta la fragmentación y considerar la interacción entre los procesos estelar-dinámicos y la dinámica del gas. Presentamos aquí una simulación numérica aplicada con el código AMUSE, realizando un tratamiento aproximado del gas. Según estas simulaciones, mostramos que se pueden formar agujeros negros muy masivos, 10⁴ — 10⁵ M⊙, dependiendo del sumistro del gas y la acreción en las protoestrellas.

To explain the observed population of supermassive black holes at z ~ 7, very massive seed black holes or, alternatively, super-Eddington scenarios are needed to reach final masses of the order of 10⁹ M⊙. A popular explanation for massive seeds has been the direct collapse model, which predicts the formation of a single massive object due to the direct collapse of a massive gas cloud. However, simulations over the last years have shown that such a scenario is very difficult to achieve. Therefore, a realistic model of black hole formation should take fragmentation into account, and consider the interaction between stellar-dynamical and gas-dynamical processes. We present here numerical simulations performed with the AMUSE code, employing an approximate treatment of the gas. Based on these simulations, we show that very massive black holes of 10⁴ — 10⁵ M⊙ may form depending on the gas supply and the accretion onto the protostars.