球状星团系统标度关系的起源

球状星团(GC)系统与其宿主星系的性质呈现出紧密的标度关系。在先前工作中,我们发展了宇宙学背景下GC形成的解析模型,并表明该模型与跨越4个数量级宿主星系质量的几乎所有观测标度关系相符。受该模型成功的启发,我们详细研究了这些标度关系的物理起源与演化。GC总质量 $M_{\rm GC}$ 与宿主暗物质晕质量 $M_h$ 之比在所有红移下几乎恒定,但其归一化从形成时到 $z=0$ 演化了约 $\sim$10 倍。在晕质量 $M_h \lesssim 10^{11.5} M_{\odot}$ 时该关系比线性更陡,主要源于恒星质量-晕质量关系的非线性。 $M_{\rm GC}/M_h$ 比的近恒定性,结合恒星质量-晕质量关系的形状,决定了GC比频作为宿主星系质量函数的特征 $U$ 形。吸积卫星星系对GC系统构建的贡献是宿主星系质量的强函数,从 $M_h \approx 10^{11} M_{\odot}$ 时的约 $\approx$0% 到 $M_h \approx 10^{15} M_{\odot}$ 时的80%。相对于富金属星团,贫金属星团明显更可能以系外(ex-situ)方式形成,但在低质量星系中仍有相当比例的贫金属星团在系内(in-situ)形成。类似地,红团比例从 $M_h = 10^{11} M_{\odot}$ 时的约 10% 增加到 $M_h \approx 10^{13} M_{\odot}$ 时的约 60%,并在更高 $M_h$ 处变平。星团形成在高红移处基本连续发生,而在低红移处星系并合对星团形成变得日益重要。