金属丰度对球状星团动力学演化的影响-论文.pdf

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1、第55卷第5期天文学报Vb1．55NO．52014年9月ACTAASTR0NOMICASINICASep．，2014金属丰度对球状星团动力学演化的影响木庄宇龙，2，3十张奉辉，2{(1中国科学院云南天文台昆明650011)(2中国科学院天体结构与演化重点实验室昆明650011)(3中国科学院大学北京100049)捅要动力学过程和恒星演化及二者的互相影响都会对球状星团的演化产生重要影响．由于金属丰度会影响恒星的演化轨迹，与之相伴随的恒星质量损失率的变化也会对球状星团的动力学过程造成影响．通过一系列Ⅳ体模拟研究金属丰度对球状星团的质量损失率、半径等的影响，并分析其原因，同时研究了大质量恒星以及星团

2、初始数密度分布的影响．模拟中采用的球状星团模型初始成员星数目N=50000，运行于类银河系的引力势中并考虑成员星的演化．结果显示，由于低金属丰度恒星拥有较快的演化时标，所以贫金属球状星团在早期会拥有较高的质量损失，但与此同时它们的核塌缩时间会比后者显著推迟，因此在核塌缩之后其质量损失会被富金属星团反超．另外由于大质量恒星演化导致的质量损失较大，所以大质量星的存在会使金属丰度更加显著地影响球状星团早期的扩张以及随后的核塌缩过程，同时星团的初始数密度分布也对该效应有着不可忽视的影响．关键词球状星团：普通，恒星：演化，方法：数值中图分类号：P154；文献标识码：A1引言球状星团是被引力束缚的致密的恒

3、星系统，也是星系的重要组成部分．作为宇宙中最古老的恒星系统之一，其内部包含了许多宇宙早期的信息，对球状星团的研究不仅可以帮助我们了解星系的形成历史，而且可以帮助我们了解宇宙中不同的层次结构，进而了解整个宇宙的起源[1】_恒星是构成球状星团的主要部分，恒星的形成和演化必然影响着整个星团的结构和演化，所以对星团成员星的质量、年龄、金属丰度等参数的研究是了解球状星团结构和演化的基础和重要途径．球状星团为我们提供了一个研究致密恒星系统的天然环境．在这样的恒星系统之中恒星间的相互作用(能量交换)相比于星系显得更加频繁，因此其中动2014-04-04收到原稿，2014-05．12收到修改稿国家自然科学基金

4、项目(11273053)资助tyulongzhuang~ynao．aC．cn}zhangfh@ynao．aC．an358天文学报55卷力学效应的影响和恒星演化的效应及二者的互相影响都非常重要，比如恒星演化会改变恒星的质量，而恒星质量的改变则会改变星团的动力学演化[2-3】．多数球状星团其成员星被认为是同一时刻诞生于同一团气体云中，并拥有相同年龄和金属丰度【4】_作为球状星团的基本参数之一，金属丰度对于恒星的演化存在较大影响．由于贫金属恒星拥有较小的不透明度，所以其燃烧更加剧烈，恒星会在较短时间内离开主序，因此，贫金属恒星会较早地经历质量损失；而另一方面，由于不透明度较小，其质量损失相对较少，此

5、种差异在大质量恒星中尤为显著．图1左即为仅考虑恒星演化的情况下不同金属丰度球状星团质量随时间的演化，我们采用Kroupa【]的初始质量函数．从图中可以看出在最初的1．5Gyr中由于贫金属星团中大质量星快速死亡，其质量损失率大于富金属星团，但之后随着富金属星团的大质量星离开主序，富金属星团的质量损失率逐渐超过贫金属星团．动力学演化与恒星演化的互相影响会使情况更加复杂．前人已经讨论了金属丰度对球状星团演化的影响．Hurley等[6]通过Ⅳ体模拟研究了不同金属丰度(z=0．0001^一0．03)情况下疏散星团的演化特征，包括其质量、大小及核塌缩的时标．其结果显示，由于不同金属丰度恒星的演化时标不同，

6、在星团演化初期贫金属星团会有较高的质量损失率以及较大的半径，同时拥有较晚的核塌缩时间，而在核塌缩之后贫、富星团的半径和质量对比会发生反转．Downingf1使用蒙特卡罗模拟研究不同金属丰度(Z=0．0001、Z=0．02)对于球状星团演化的影响时，其结果显示金属丰度对星团演化产生的差异与星团中产生的黑洞数目相关，而在不考虑黑洞的模型中，不同金属丰度的星团演化过程并未有明显的差异．他认为贫金属星团所产生的更多的大质量黑洞在其核心区域释放能量是造成其与富金属星团演化差异的主要原因．两篇文章对于金属丰度造成影响的解释存在不同．在前人工作的基础上，我们通过一系列球状星团的直接Ⅳ体模拟研究金属丰度对球状

7、星团动力学特征(大小、核塌缩时标以及质量损失率)的影响，同时我们考虑了大质量恒星及黑洞，以及不同的初始恒星空间分布在其中的作用，并分析金属丰度演化差异的真正原因．2研究方法及模型参数球状星团的动力学演化属于天体力学的基本问题之一：Ⅳ体问题．Ⅳ体问题的本质是研究Ⅳ个质点在万有引力作用下的运动规律．对于球状星团来说，Ⅳ个质点就代表着星团所包含的Ⅳ颗成员星，每颗恒星所受到的作用力就是它们之间的万有引力．