[论文解读] The Formation of Star Clusters

Bradley C. Whitmore|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2000

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用 12

一句话总结

本文综述了哈勃空间望远镜的观测结果，揭示了在星暴星系和并合星系中形成年轻、大质量、致密的星团，提出一个统一模型，表明这些星团（从超星团到原球状星团）遵循普遍的幂律初始质量函数。关键贡献在于将不同宇宙时期和环境下的星团形成联系起来，表明并合星系中的大质量星团可能演化为球状星团，而NGST有望在红移z ≈ 9处探测到此类天体。

ABSTRACT

The ability of HST to resolve objects ten times smaller than possible from the ground has rejuvenated the study of young star clusters. A recurrent morphological theme found in nearby resolved sytems is the observation of young (typically 1 - 10 Myr), massive (10**3 - 10**4 M_sun), compact (rho ~ 10**5 M_sun/pc**3) clusters which have evacuated the gas and dust from a spherical region around themselves. New stars are being triggered into formation along the edges of the envelopes, with pillars (similar to the Eagle Nebula) of molecular gas streaming away from the the regions of star formation. The prototype for these objects is 30 Doradus. Another major theme has been the discovery of large numbers of young (typically 1 - 500 Myr), massive (10**3 - 10**7 M_sun), compact star clusters in merging, starbursting, and even some barred and spiral galaxies. The brightest of these clusters have all the attributes expected of protoglobular clusters, hence allowing us to study the formation of globular clusters in the local universe rather than trying to ascertain how they formed ~14 Gyr ago. The prototype is the Antennae Galaxy.

研究动机与目标

• 理解在邻近星系中观测到的年轻、大质量、致密星团的形成机制。
• 研究这些星团是否为原球状星团，以及它们与古老球状星团形成的关系。
• 确定是否相同的物理过程支配着从宁静旋涡星系到剧烈并合星系等不同星系环境中的星团形成。
• 评估星团形成在星系演化中的作用，特别是在通过并合形成椭圆星系的背景下。
• 探索未来望远镜（如NGST）探测高红移早期大质量星团的潜力。

提出的方法

• 分析哈勃空间望远镜WFPC1和WFPC2拍摄的图像，以解析邻近星系（如大麦哲伦云中的30 Doradus和触须星系）中的年轻星团。
• 使用图像反卷积技术恢复空间分辨率，确认致密星团中存在多个恒星。
• 比较年轻星团、分子云和HII区的光度函数，发现三者均遵循指数约为-2的幂律。
• 通过内部过程（如恒星蒸发、恒星质量损失）和外部过程（如潮汐应力、触发式恒星形成）建模星团演化。
• 应用普遍的初始质量函数模型，解释不同星系环境中星团质量分布的规律。
• 基于灵敏度和量子效率，估算HST和NGST探测年轻球状星团的红移极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么物理机制触发了星暴星系和并合星系中大质量、致密星团的形成？
• RQ2 并合星系中最明亮的年轻星团是否是古老球状星团的前身？
• RQ3 大质量疏散星团与低质量球状星团之间是否存在根本性差异，还是这种区分是人为的？
• RQ4 是否存在一个单一的、普遍适用的模型，能够解释不同星系环境和宇宙时空中星团的形成与演化？
• RQ5 未来望远镜（如NGST）能在多大红移处探测到类似于触须星系中观测到的年轻致密星团？

主要发现

• 哈勃观测将30 Doradus中的R136星团解析为在中心8角秒内包含超过3,500颗恒星，证实其极端致密性和年轻性（1–10 Myr）。
• 在触须星系等并合星系中，年轻大质量星团的质量范围为10^3至10^7倍太阳质量，密度约为每立方秒差距10^5倍太阳质量，类似于原球状星团。
• 年轻星团、分子云和HII区的光度函数均遵循指数约为-2的幂律，表明星团形成具有普遍的初始质量函数。
• 由于内部和外部过程导致的暗淡和弥散星团的解体，可解释银河系及其他星系中观测到的星团类型分布。
• HST搭配WFPC2可探测到红移z ≈ 0.5以内的年轻球状星团，而NGST预计可将探测极限扩展至z ≈ 9，可能观测到‘黑暗时代’的首批大质量星团。
• 疏散星团与球状星团之间的区别可能是人为的，二者可能代表同一连续形成与演化序列中的不同阶段。