[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究利用流体动力学模拟表明，仅主序星的能量即可清除演化恒星的喷射物，并在47 Tucanae、M15、NGC 6440和NGC 6752等球状星团中产生观测到的低星际气体密度，识别出恒星反馈为一种主导且普遍存在的驱散机制。研究进一步约束了在47 Tucanae核心区域，脉冲星风反馈效率极低，以与观测到的电离气体相一致。

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.

研究动机与目标

• 识别导致球状星团中稀薄星际介质的主导物理机制。
• 评估主序星的恒星反馈是否足以解释观测到的低气体和尘埃密度。
• 评估脉冲星风反馈在气体驱散中的作用，特别是在47 Tucanae中观测到的电离气体背景下的影响。
• 基于观测到的气体密度限制，约束脉冲星风的热化效率。

提出的方法

• 利用流体动力学模拟，建模四个人球状星团中演化恒星的质量供应与主序星能量注入之间的相互作用。
• 通过排除超新星或外部剥离等其他气体驱散过程，隔离恒星反馈的影响。
• 将主序星的能量输入建模为向星际介质持续注入热能和动能。
• 通过调节热化效率，将脉冲星风反馈纳入模拟，以检验其与47 Tucanae中观测到的电离气体密度的一致性。
• 利用对星际气体密度的观测约束，标定并验证模拟结果。
• 将模型应用于四个星团——47 Tucanae、M15、NGC 6440和NGC 6752，以检验该反馈机制的普适性。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅主序星的能量是否足以解释球状星团中观测到的低星际气体密度？
• RQ2 为与47 Tucanae中观测到的电离气体密度保持一致，脉冲星风的热化效率需达到何种水平？
• RQ3 恒星反馈与其它潜在的气体驱散机制相比，在塑造星际介质方面有何差异？
• RQ4 主序星的反馈机制是否在不同球状星团系统中均具有可行性且普遍存在？

主要发现

• 仅主序星的能量输出已足以清除演化恒星的喷射物，并产生与当前观测约束一致的星际气体密度。
• 该机制在多个球状星团中均有效运作，表明其是一种可行且普遍存在的驱散过程。
• 在47 Tucanae中，观测到的星际电离气体密度要求核心区域脉冲星风的热化效率极低。
• 模拟结果排除了脉冲星风热化效率过高的可能性，因为这将导致电离气体产量超过观测水平。
• 结果表明，主序星恒星反馈在调控星际介质方面主导于脉冲星风反馈。
• 研究结果支持一个自洽模型：内部恒星反馈而非外部过程，可解释稀薄的星际介质。