A dynamical measure of the black hole mass in a quasar 11 billion years ago - Archive ouverte HAL
Article Dans Une Revue Nature Année : 2024

A dynamical measure of the black hole mass in a quasar 11 billion years ago

R. Abuter (1) , F. Allouche (2) , A. Amorim (3, 4) , C. Bailet (2) , A. Berdeu (5, 6) , J.-P. Berger (7) , P. Berio (8) , A. Bigioli (9) , O. Boebion (2) , M.-L. Bolzer , H. Bonnet (1) , G. Bourdarot (10) , P. Bourget (1) , W. Brandner (11) , Y. Cao (12) , R. Conzelmann , M. Comin , Y. Clénet (5) , B. Courtney-Barrer (1, 13) , R. Davies (14) , D. Defrère (15) , A. Delboulbé (7) , F. Delplancke-Ströbele , R. Dembet , J. Dexter , P. de Zeeuw , A. Drescher , A. Eckart , C. Édouard , F. Eisenhauer , M. Fabricius , H. Feuchtgruber , G. Finger , N. Förster Schreiber , P. Garcia , R. Garcia Lopez , F. Gao , E. Gendron , R. Genzel , J. Gil , S. Gillessen , T. Gomes , F. Gonté , C. Gouvret , P. Guajardo , S. Guieu (7) , W. Hackenberg , N. Haddad , M. Hartl , X. Haubois , F. Haußmann , G. Heißel , Th. Henning , S. Hippler , S. Hönig , M. Horrobin , N. Hubin , E. Jacqmart , L. Jocou (7) , A. Kaufer , P. Kervella , J. Kolb , H. Korhonen , S. Lacour , S. Lagarde , Olivier Lai (16, 17, 18) , V. Lapeyrère , R. Laugier , J.-B. Le Bouquin (7) , J. Leftley , P. Léna , S. Lewis , D. Liu , B. Lopez , D. Lutz , Y. Magnard (7) , F. Mang , A. Marcotto , D. Maurel (7) , A. Mérand , F. Millour , N. More , H. Netzer , H. Nowacki (7) , M. Nowak , S. Oberti , T. Ott , L. Pallanca , T. Paumard , K. Perraut (7) , G. Perrin , R. Petrov , O. Pfuhl , N. Pourré (7) , S. Rabien , C. Rau , M. Riquelme , S. Robbe-Dubois , S. Rochat (7) , M. Salman , J. Sanchez-Bermudez , D. Santos , S. Scheithauer , M. Schöller , J. Schubert , N. Schuhler , J. Shangguan , P. Shchekaturov , T. Shimizu , A. Sevin , F. Soulez , A. Spang , E. Stadler (7) , A. Sternberg , C. Straubmeier , E. Sturm , C. Sykes , L. Tacconi , K. Tristram , F. Vincent , S. von Fellenberg , S. Uysal , F. Widmann , E. Wieprecht , E. Wiezorrek , J. Woillez , G. Zins (1)
C. Bailet
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O. Boebion
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M.-L. Bolzer
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W. Brandner
Y. Cao
R. Conzelmann
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M. Comin
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F. Delplancke-Ströbele
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R. Dembet
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J. Dexter
P. de Zeeuw
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A. Drescher
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A. Eckart
C. Édouard
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F. Eisenhauer
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M. Fabricius
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H. Feuchtgruber
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G. Finger
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N. Förster Schreiber
P. Garcia
R. Garcia Lopez
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F. Gao
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E. Gendron
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R. Genzel
J. Gil
S. Gillessen
T. Gomes
F. Gonté
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C. Gouvret
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P. Guajardo
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W. Hackenberg
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N. Haddad
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M. Hartl
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X. Haubois
F. Haußmann
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G. Heißel
Th. Henning
S. Hippler
S. Hönig
M. Horrobin
N. Hubin
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A. Kaufer
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P. Kervella
J. Kolb
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H. Korhonen
S. Lacour
S. Lagarde
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V. Lapeyrère
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R. Laugier
J. Leftley
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P. Léna
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F. Millour
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N. More
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M. Nowak
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S. Oberti
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T. Ott
L. Pallanca
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G. Perrin
R. Petrov
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M. Schöller
J. Schubert
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J. Shangguan
P. Shchekaturov
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T. Shimizu
A. Sevin
F. Soulez
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A. Spang
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A. Sternberg
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C. Straubmeier
E. Sturm
C. Sykes
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K. Tristram
F. Vincent
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S. von Fellenberg
S. Uysal
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F. Widmann
E. Wieprecht
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E. Wiezorrek
J. Woillez

Résumé

Abstract Tight relationships exist in the local Universe between the central stellar properties of galaxies and the mass of their supermassive black hole (SMBH) 1–3 . These suggest that galaxies and black holes co-evolve, with the main regulation mechanism being energetic feedback from accretion onto the black hole during its quasar phase 4–6 . A crucial question is how the relationship between black holes and galaxies evolves with time; a key epoch to examine this relationship is at the peaks of star formation and black hole growth 8–12 billion years ago (redshifts 1–3) 7 . Here we report a dynamical measurement of the mass of the black hole in a luminous quasar at a redshift of 2, with a look back in time of 11 billion years, by spatially resolving the broad-line region (BLR). We detect a 40-μas (0.31-pc) spatial offset between the red and blue photocentres of the Hα line that traces the velocity gradient of a rotating BLR. The flux and differential phase spectra are well reproduced by a thick, moderately inclined disk of gas clouds within the sphere of influence of a central black hole with a mass of 3.2 × 10 8 solar masses. Molecular gas data reveal a dynamical mass for the host galaxy of 6 × 10 11 solar masses, which indicates an undermassive black hole accreting at a super-Eddington rate. This suggests a host galaxy that grew faster than the SMBH, indicating a delay between galaxy and black hole formation for some systems.
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hal-04770044 , version 1 (08-11-2024)

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Citer

R. Abuter, F. Allouche, A. Amorim, C. Bailet, A. Berdeu, et al.. A dynamical measure of the black hole mass in a quasar 11 billion years ago. Nature, 2024, 627 (8003), pp.281-285. ⟨10.1038/s41586-024-07053-4⟩. ⟨hal-04770044⟩
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