具有顶端重初始质量函数的球状星团的形成

我们通过三维辐射流体动力学模拟，研究了金属丰度为 $Z=10^{-3}~Z_{\odot}$ 的大质量致密云中球状星团（GC）的形成。考虑到低金属丰度高密度云中恒星形成初始质量函数（IMF）的不确定性，我们探究了 IMF 对 GC 形成云条件的影响，IMF 幂律指数范围取 $\gamma = 1-2.35$。我们发现，对于 $M_{\rm cl} = 10^6~M_{\odot}$ 的云，GC 形成的阈值面密度（$\Sigma_{\rm thr}$）从 $\gamma = 2.35$ 时的 $800~M_{\odot} \; {\rm pc^{-2}}$ 增加到 $\gamma = 1.5$ 时的 $1600~M_{\odot}\; {\rm pc^{-2}}$，这是因为单位恒星质量的电离光子发射率随 $\gamma$ 减小而增加。对于 $\gamma < 1.5$，$\Sigma_{\rm thr}$ 饱和于约 $2000~M_{\odot}\; {\rm pc^{-2}}$，该值十分罕见，仅见于本地星暴星系等（如并合过程）。因此，我们认为低金属丰度 GC 的形成位置可能仅局限于极高面密度区域。我们还发现 $\Sigma_{\rm thr}$ 可由云质量（$M_{\rm cl}$）与电离光子发射率（$s_*$）的幂律函数刻画为 $\propto M_{\rm cl}^{-1/5} s_{*}^{2/5}$。基于 IMF 幂律斜率与 $\Sigma_{\rm thr}$ 的关系，未来如詹姆斯·韦伯空间望远镜等的观测可用来约束 GC 的 IMF。