[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出，星系晕球状星团通过第一代无金属星的超新星发生自增丰，这些超新星驱动激波形成超壳，压缩并化学增丰气体，从而促成第二代恒星的形成。该模型表明，即使仅有少量II型超新星，也能实现星团的增丰而不破坏原初星团云，且所需质量和增丰水平与观测到的晕球状星团金属量一致。

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.

研究动机与目标

• 解决长期以来关于第一代恒星的超新星会破坏原初球状星团云的争论。
• 探究II型超新星的化学增丰是否能产生观测到的晕球状星团金属量。
• 模拟超新星激波形成的超壳的动力学及其在触发第二代恒星形成中的作用。
• 确定能够抵御多次超新星爆发并仍能实现自增丰的原初星团云的最小质量。
• 评估自增丰模型与观测到的晕球状星团金属量的一致性。

提出的方法

• 在热的原星系介质中，模拟嵌入冷而致密云团中的II型超新星激波驱动的超壳形成过程。
• 使用流体动力学模拟追踪超壳的膨胀及周围气体的压缩。
• 引入大质量无金属星的核合成产物，计算超壳的化学增丰。
• 计算质量预算和能量平衡，评估云团在多次超新星爆发后是否仍保持引力束缚。
• 将第二代恒星预测的金属量与观测到的晕球状星团金属量进行比较。
• 评估防止数十次II型超新星爆发导致破坏所需的初始云团最小质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 原初球状星团云能否在承受数十次II型超新星能量输入后仍不被破坏？
• RQ2 由超新星激波形成的超壳在多大程度上能将重元素增丰至周围气体？
• RQ3 预测的自增丰水平是否与银河晕球状星团的观测金属量一致？
• RQ4 能维持自增丰而不被破坏的原初球状星团云的最小初始质量是多少？
• RQ5 超壳压缩并增丰的层是否能有效触发第二代恒星形成？

主要发现

• 该模型表明，质量与标准假设一致的原初球状星团云可在承受数十次II型超新星爆发的能量输入后仍不被破坏。
• 由超新星激波形成的超壳能有效压缩并增丰周围气体，创造有利于第二代恒星形成的条件。
• 超壳中实现的化学增丰水平足以重现晕球状星团的观测金属量。
• 云团生存所需的最小质量与典型原初球状星团云的估计值一致。
• 该模型通过表明即使有多个超新星爆发，破坏也并非不可避免，从而解决了自增丰机制的关键争议。
• 自增丰机制为晕球状星团中观测到的双峰金属量分布提供了一个可行的解释。