[論文レビュー] The self-enrichment of galactic halo globular clusters : a clue to their formation ?

G. Parmentier, E. Jehin+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 1999

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、金属非存在星の第一世代からの超新星によって駆動される衝撃波が、超殻構造を形成し、ガスを圧縮・化学的に豊かにすることで第二世代星の形成を可能にする、銀河ハローの球状星団における自己豊か化を提案している。モデルは、わずか数個のタイプII超新星ですら、原始星団雲の破壊を引き起こさずに豊か化を実現できることを示しており、観測されたハロー球状星団の金属量と一致する質量および豊かさレベルを達成している。

ABSTRACT

We present a model of globular cluster self-enrichment. In the protogalaxy, cold and dense clouds embedded in the hot protogalactic medium are assumed to be the progenitors of galactic halo globular clusters. The massive stars of a first generation of metal-free stars, born in the central areas of the proto-globular cluster clouds, explode as Type II supernovae. The associated blast waves trigger the expansion of a supershell, sweeping all the material of the cloud, and the heavy elements released by these massive stars enrich the supershell. A second generation of stars is born in these compressed and enriched layers of gas. These stars can recollapse and form a globular cluster. This work aims at revising the most often encountered argument against self-enrichment, namely the presumed ability of a small number of supernovae to disrupt a proto-globular cluster cloud. We describe a model of the dynamics of the supershell and of its progressive chemical enrichment. We show that the minimal mass of the primordial cluster cloud required to avoid disruption by several tens of Type II supernovae is compatible with the masses usually assumed for proto-globular cluster clouds. Furthermore, the corresponding self-enrichment level is in agreement with halo globular cluster metallicities.

研究の動機と目的

• 第一世代の金属非存在星からの超新星が原始球状星団雲を破壊するという長年の議論に応えること。
• タイプII超新星からの化学的豊かさが、ハロー球状星団の観測された金属量を説明できるかどうかを調査すること。
• 超新星爆発波が形成する超殻構造の力学をモデル化し、第二世代星形成の引き金となる役割を明らかにすること。
• 複数回の超新星に耐えながらも自己豊か化を可能にする原始クラスタ雲の最小質量を特定すること。
• 自己豊か化モデルが観測されたハロー球状星団の金属量と整合的であるかどうかを評価すること。

提案手法

• 原始的で冷たく密度の高い雲が、高温の原始銀河状態の媒体に埋め込まれた状態で、タイプII超新星の爆発波が駆動する超殻構造の形成をモデル化する。
• 流体力学的シミュレーションを用いて、超殻構造の拡張と周囲ガスの圧縮を追跡する。
• 大質量の金属非存在星からの核合成生成物を組み込み、超殻構造の化学的豊かさを計算する。
• 質量予算とエネルギー収支を計算し、複数回の超新星後に雲が重力的に束縛されたまま残るかを評価する。
• 第二世代星の予測金属量を、観測されたハロー球状星団の金属量と比較する。
• 数十体のタイプII超新星による破壊を防ぐために必要な初期雲質量の最小値を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数回のタイプII超新星からのエネルギー入力によって、原始球状星団雲が破壊されずに生存できるか。
• RQ2 超新星爆発波が形成する超殻構造が、周囲ガスを重元素でどの程度豊かにできるか。
• RQ3 予測された自己豊か化レベルが、銀河ハロー球状星団の観測金属量と整合的か。
• RQ4 自己豊か化を維持しながら破壊されない原始球状星団雲の最小初期質量は何か。
• RQ5 超殻構造の圧縮・豊か化された層が、効率的な第二世代星形成を引き起こせるか。

主な発見

• モデルは、標準的な仮定に従う質量の原始球状星団雲が、数十体のタイプII超新星からのエネルギー入力に対しても破壊されずに生存できることを示している。
• 超新星爆発波が形成する超殻構造は、周囲ガスを効果的に圧縮・豊かにし、第二世代星形成に有利な状態を生み出している。
• 超殻構造内で達成された化学的豊かさレベルは、ハロー球状星団の観測金属量を再現するのに十分である。
• 雲の生存に必要な最小質量は、典型的な原始球状星団雲の推定値と整合的である。
• モデルは、破壊が避けられないわけではないことを示すことで、自己豊か化に対する主な反論を解決している。
• 自己豊か化メカニズムは、ハロー球状星団に観測される二峰性金属量分布を説明する有効なメカニズムを提供している。