E-MOSAICS 模拟中的宇宙球状星团形成历史

我们对 E-MOSAICS 星系形成模拟中 $34^3$ Mpc$^3$ 体积内的球状星团 (GC) 形成与演化进行了全面分析。我们将 GC 定义为幸存下来的、大质量 ($>10^5$ M$_\odot$) 的星团，并分析了它们的形成历史随其金属丰度和宿主星系质量的变化，同时区分了中央星系和卫星星系。GC 形成率的峰值红移随星系质量的增加而微弱增加，随金属丰度的增加而降低，并且在中央星系和卫星星系之间没有差异。GC 形成的峰值时期比恒星形成的峰值时期早 $1.1{-}1.6$ 倍，这主要是由于“星系缩尺效应”，即低质量星系形成其恒星的时间较晚。因此，这一时间偏移随星系质量的增加而减小，导致在大质量星系 ($>10^{11}$ M$_\odot$) 中，恒星和 GC 群体的形成几乎同时发生。GC 本身并未表现出强烈的星系缩尺效应，因为它们主要形成于有利于大质量、致密恒星系统形成（通过高气体压力）和幸存（通过高星系并合率和 GC 迁移率）的早期宇宙时期。该体积内的总 GC 形成率在 $z\approx 2.5$ 处达到峰值，略早于恒星形成率在 $z\approx 2$ 处的峰值，但远晚于一般星团形成率在 $z\approx 4$ 处的峰值，这反映了一种幸存者偏差，即幸存下来的 GC 形成时间更晚。我们发现 GC 的形成始于早期，在 $z>10$ 时，因此这项工作的结果可能为解释利用 JWST 直接观测原球状星团形成提供一个框架，特别是随着这些观测数据的积累，使得统计研究成为可能。