[論文レビュー] Modeling the Tenuous Intracluster Medium in Globular Clusters

Jill Naiman, Melinda Soares-Furtado+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、流体力学的シミュレーションを用いて、主系列星からのエネルギーのみで、47 Tucanae、M15、NGC 6440、NGC 6752などの球状星団における観測された低密度の星間ガスを生成し、進化した星の物質を駆除できることを示しており、星間物質の排出において星のフィードバックが支配的で普遍的なメカニズムであると特定している。さらに、47 Tucanaeの核心部における観測された電離ガスと整合させるために、パルサー風のエネルギー散逸効率が極めて低いことが制限される。

ABSTRACT

We employ hydrodynamical simulations to investigate the underlying mechanism responsible for the low levels of gas and dust in globular clusters. Our models examine the competing effects of mass supply from the evolved stellar population and energy injection from the main sequence stellar members for globular clusters 47 Tucanae, M15, NGC 6440, and NGC 6752. Disregarding all other gas evacuation processes, we find that the energy output from the main sequence stellar population alone is capable of effectively clearing the evolved stellar ejecta and producing intracluster gas densities consistent with current observational constraints. This result distinguishes a viable ubiquitous gas and dust evacuation mechanism for globular clusters. In addition, we extend our analysis to probe the efficiency of pulsar wind feedback in globular clusters. The detection of intracluster ionized gas in cluster 47 Tucanae allows us to place particularly strict limits on pulsar wind thermalization efficiency, which must be extremely low in the cluster's core in order to be in accordance with the observed density constraints.

研究の動機と目的

• 球状星団における希薄な星間媒体の背後に働く支配的物理的メカニズムを特定すること。
• 主系列星からの星のフィードバックが、観測された低ガス密度およびダスト密度を説明できるかどうかを評価すること。
• 特に47 Tucanaeにおける観測された電離ガスの文脈において、パルサー風フィードバックの役割を評価すること。
• 観測されたガス密度制限に基づいて、パルサー風の熱化効率を制限すること。

提案手法

• 流体力学的シミュレーションを用いて、4つの球状星団における、進化星からの物質供給と主系列星からのエネルギー注入の相互作用をモデル化する。
• 超新星や外部からの剥ぎ取りといった他のガス排出プロセスを除外することで、星のフィードバックの影響を分離してモデル化する。
• 主系列星からのエネルギー供給を、星間媒体への連続的熱的および力学的エネルギー供給としてモデル化する。
• パルサー風フィードバックを、変動する熱化効率を用いて組み込み、47 Tucanaeにおける観測された電離ガス密度と整合するかを検証する。
• 星間ガス密度に関する観測制限を用いて、シミュレーションの結果を補正および検証する。
• モデルを47 Tucanae、M15、NGC 6440、NGC 6752の4つの星団に適用し、フィードバックメカニズムの普遍性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主系列星からのエネルギーのみで、球状星団における観測された低密度の星間ガスを説明できるか？
• RQ2 47 Tucanaeにおける観測された電離ガスと整合させるために、パルサー風の熱化効率はどの程度必要か？
• RQ3 星のフィードバックは、星間媒体を形作る他の可能性のあるガス排出メカニズムと比べて、どのように異なるか？
• RQ4 主系列星からのフィードバックメカニズムは、さまざまな球状星団系において実現可能で普遍的なプロセスとみなせるか？

主な発見

• 主系列星からのエネルギー出力のみで、進化星の物質を駆除し、現在の観測制限と整合する星間ガス密度を生成できる。
• このメカニズムは複数の球状星団で効果的に機能しており、それが実現可能で普遍的な排出プロセスであることを示している。
• 47 Tucanaeでは、観測された星間電離ガス密度は、クラスターコア部におけるパルサー風の熱化効率が極めて低い必要があることを示している。
• シミュレーションは、パルサー風の高い熱化効率を除外しており、それらは観測値を上回る電離ガスを過剰に生成してしまうためである。
• 結果から、主系列星のフィードバックが星間媒体の調節においてパルサー風フィードバックを上回ることが示唆される。
• 研究結果は、外部プロセスではなく、内部の星のフィードバックが、希薄な星間媒体を説明する一貫したモデルを支えていることを支持している。