[논문 리뷰] The self-enrichment of galactic halo globular clusters : a clue to their formation ?

G. Parmentier, E. Jehin외 4명|arXiv (Cornell University)|1999. 11. 15.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 은하 허브의 구형별집이 첫 번째 세대의 금속 없는 별들에서 발생하는 초신성에 의해 자가풍화를 겪는다고 제안한다. 이 초신성들은 충격파를 일으켜 초쉘을 형성하고, 이는 기체를 압축하며 화학적으로 풍부하게 만들며, 결과적으로 두 번째 세대의 별 형성을 가능하게 한다. 모델은 심지어 소수의 타입 II 초신성이라도 원시별집 구름이 붕괴되지 않도록 하면서도 충분한 금속 농도를 제공함을 보여주며, 관측된 허브 구형별집의 금속 농도와 일치하는 질량과 풍부화 수준을 확보한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 초기 별 세대의 초신성이 원시 구형별집 구름을 붕괴시킬 것이라는 오랫동안 지속된 논쟁을 해결하기 위해.
• 타입 II 초신성에서 발생하는 화학적 풍부화가 허브 구형별집에서 관측된 금속 농도를 어떻게 만들어내는지 조사하기 위해.
• 초신성 폭발파에 의해 형성된 초쉘의 역학과 두 번째 세대 별 형성 촉진에 그가 수행하는 역할을 모델링하기 위해.
• 다수의 초신성에 견딜 수 있는 초기 원시 별집 구름의 최소 질량을 결정하기 위해.
• 자가풍화 모델이 관측된 허브 구형별집의 금속 농도와 일관된지를 평가하기 위해.

제안 방법

• 핫한 원시은하 매질에 둘러싸인 냉각되고 조밀한 구름에서 타입 II 초신성 폭발파에 의해 유도된 초쉘 형성을 모의하기 위해.
• 유체역학 시뮬레이션을 사용하여 초쉘의 팽창과 주변 기체의 압축을 추적하기 위해.
• 거대하고 금속이 없는 별들에서 유래한 핵합성 수확량을 포함하여 초쉘의 화학적 풍부화를 계산하기 위해.
• 질량 예산과 에너지 균형을 계산하여 다수의 초신성 이후에도 구름이 중력적으로 유인되어 있는지 평가하기 위해.
• 두 번째 세대 별의 예측된 금속 농도를 관측된 허브 구형별집 금속 농도와 비교하기 위해.
• 수십 개의 타입 II 초신성에 의해 발생하는 붕괴를 방지하기 위해 필요한 최소 초기 구름 질량을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원시 구형별집 구름은 수십 개의 타입 II 초신성으로부터 유래하는 에너지 입력을 견뎌내며 붕괴되지 않고 살아남을 수 있는가?
• RQ2 초신성 폭발파에 의해 형성된 초쉘이 주변 기체를 중성원소로 얼마나 효과적으로 풍부화시킬 수 있는가?
• RQ3 예측된 자가풍화 수준은 은하 허브의 구형별집에서 관측된 금속 농도와 일치하는가?
• RQ4 자기풍화를 유지하면서 붕괴 없이 버틸 수 있는 원시 구형별집 구름의 최소 초기 질량은 얼마인가?
• RQ5 압축되고 풍부화된 초쉘의 층은 효율적인 두 번째 세대 별 형성을 유도할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 기존의 가정과 일치하는 질량을 가진 원시 구형별집 구름이 수십 개의 타입 II 초신성으로부터 온 에너지 입력을 견뎌내며 붕괴되지 않고 살아남을 수 있음을 입증한다.
• 초신성 폭발파에 의해 형성된 초쉘은 주변 기체를 효과적으로 압축하고 풍부화시켜 두 번째 세대 별 형성에 유리한 조건을 조성한다.
• 초쉘 내에서 달성된 화학적 풍부화 수준은 허브 구형별집의 관측된 금속 농도를 충분히 재현할 수 있다.
• 구름 생존을 위한 최소 질량 요구 조건은 일반적으로 추정되는 원시 구형별집 구름의 질량과 호환된다.
• 이 모델은 붕괴가 필수적인 것은 아니라는 점을 보여줌으로써 자가풍화에 대한 핵심적인 반론을 해결한다.
• 자기풍화 메커니즘은 허브 구형별집에서 관측된 이중 금속 농도 분포를 타당하게 설명할 수 있다.