ROLLIN': 旋转球状星团模拟 I. 真实直接N体模型的运动学演化

内部旋转已成为球状星团（GCs）的基本特征，但其起源和长期演化仍知之甚少。我们探索了在两体弛豫、潮汐场和恒星演化的共同作用下，旋转GCs在哈勃时间内的演化。我们引入了ROLLIN'模拟，一组包含25个N体模型的集合，特征为从25万到150万颗星的真实恒星数量，使用直接N体代码NBODY6++GPU运行并演化140亿年。现今质量为5×10⁴–5×10⁵ M_☉，这些模型覆盖了低密度银河系球状星团的参数空间。我们的分析揭示，快速旋转的GCs经历更早且更显著的核坍缩，在最初数亿年内高效地将大质量天体和遗迹分选至其中心。长期来看，内部旋转逐渐衰减，GC质量与旋转之间出现相关性，这与观测一致。这一演化的主要驱动力是质量损失，涵盖了内部过程（恒星演化、蒸发）和外部过程（潮汐剥离）。速度各向异性也随质量损失而演化：最初接近各向同性的GCs发展出径向各向异性，在约40%质量损失时达到峰值，随后趋向各向同性或切向各向异性。GC轨道历史也发挥了作用，逆行旋转者比顺行旋转者更有效地保留旋转。最后，我们量化了120亿年后GCs的长期变化：（1）面密度降低多达两个数量级。（2）半质量半径增大3–5倍。（3）对于损失超过50%质量的GCs，旋转减小超过5倍。ROLLIN'模拟表明角动量对于理解GCs的起源、演化和存活至关重要。这些模型为解读本地和高红移宇宙中的GC观测提供了基准。