第一星团

我们报告了关于早期宇宙中恒星形成的数值模拟结果,重点关注极高密度与极低金属丰度的气体。我们论证:原星系晕中心区域的气体只要携带足够的角动量就会发生碎裂。旋转导致大质量盘状结构的形成,这些盘状结构进一步碎裂形成原恒星。在金属丰度 $Z \sim 10^{-5}\,Z_\odot$ 时,尘埃冷却变得有效,并在密度高于 $n=10^{12}\,\mathrm{cm}^{-3}$ 时引起温度的骤然下降。这会诱发剧烈的碎裂,形成非常致密的低质量恒星团——这就是第一星团。其恒星质量函数在 $1\,M_\odot$ 以下达到峰值,与太阳邻域中观测到的结果相似,也与最近在我们银河系晕中发现的极低金属丰度亚巨星的质量相当。我们发现,即使是完全原初气体,也能在 $10^{14}\,\mathrm{cm}^{-3}<n<10^{16}\,\mathrm{cm}^{-3}$ 的密度范围内发生碎裂,尽管由此产生的质量函数仅包含少量天体(至少比 $Z=10^{-5}\,Z_\odot$ 的情形少一个数量级),且偏向于较高质量。对 $Z=10^{-6}\,Z_\odot$ 的气体也得到了类似的结果。$Z \leq 10^{-6}\,Z_\odot$ 的气体在这些密度下近似呈等温行为(多方指数 $\gamma \sim 1.06$),由角动量守恒形成的大质量盘状结构将处于临界不稳定状态。由于碎裂效率较低,我们预期 $Z \leq 10^{-6}\,Z_\odot$ 的恒星质量较大,可达数十个太阳质量以上,这与先前研究的结果一致。