超大质量恒星与球状星团的并发形成:对早期自富集的启示

我们提出一个超大质量恒星(SMSs, $>10^3\,{\rm M}_\odot$)与球状星团(GCs)并发形成的模型,以解释GCs中HeCNONaMgAl丰度异常的起源。GCs在会聚气流中形成并积累低角动量气体,这些气体吸积到原恒星上。这导致星团绝热收缩以及恒星碰撞率增加。若星团在两体弛豫阻止收缩之前达到足够高密度,则SMS可通过失控碰撞形成。若恒星数目 $\gtrsim10^6$ 且气体吸积率 $\gtrsim10^5\,{\rm M}_\odot$/Myr,该条件即满足,这让人联想到高气体密度环境中的GC形成,例如——但不限于——早期宇宙。SMS的强风与流入的 pristine 气体混合,使得原恒星吸积SMS被稀释的热氢燃烧产物。由于持续 rejuvenation,SMS释放的已处理物质总量可高于其最大质量一个数量级。这种热氢燃烧产物的“传送带”式产生为困扰其他情景的质量预算问题提供了解决方案。此外,释放的物质中氦轻度富集而其他热氢燃烧产物相对丰富,与当今GCs的丰度一致。最后,我们发现已处理物质量与星团质量间存在超线性标度关系,解释了观测到的已处理物质比例随GC质量增加而上升的现象。我们讨论这一新GC富集情景的开放问题并提出观测检验。