球状星団は、薄暗い、非常に古い、小さな星が密集して球状に集まったものです。彼らは 80 年代に悪名を馳せたが、それは、いくつかの説明によると、ビッグバンから経過した時間よりも古いように見えたからであり、これは明らかに疑わしいものであった. 90年代になると、距離測定、恒星モデル、宇宙論的測定が改善され、球状星団（以下GC）の時代の謎が解かれました。その後、GC への関心はなくなったのでしょうか。全くない！これらの天体には、天文学者にとってさらに多くの驚きが待っていました。
一つには、それらには予想よりも少し多くの鉄が含まれているようです.鉄は星の中で比較的簡単に測定でき、重元素の全体的な含有量の良い代用として一般に考えられています (不思議なことに、天文学者は水素とヘリウム以外のすべての元素 (酸素と希ガスを含む) を「金属」と呼んでいます)。 .天の川銀河にある非常に古い星の鉄の割合 (または「金属量」) は、途方もなく低い (太陽の金属量の 100 万分の 1 未満)。 GC の金属量も低いですが、馬鹿げたほどではありません。常に太陽の金属量の少なくとも数千分の 1 です。何かが、GC の金属性が憂鬱なほど低くなるのを妨げています。
しかし、世紀の変わり目に、個々の GC 星の詳細な研究を可能にする新世代の機器の出現により、大きな驚きが生じました。星の色と光度を GC (これはいわゆるヘルツスプルング ラッセル図であり、恒星天文学の基本的なツールです) にまとめてプロットすると、研究者はこれらの星が平行な縞模様で分布していることに気付きました。 GC における複数の恒星集団の研究の時代が始まりました。さらに不可解なのは、重元素間のいわゆる反相関の発見でした。
星にナトリウムが豊富な場合、同時に必然的に酸素が不足します (逆もまた同様です)。マグネシウムとアルミニウムでも同じことが起こりました。これらの反相関は GC に典型的なものであり、同様の年齢と質量の星では観測されません。何年にもわたる調査の後、天文学者は次のような結論に達しました。GC の内部で自己濃縮のプロセスが進行していたのです。星の原始的なグループが進化しており、その進化の過程で、老化した星や死にかけている星がガスを排出していたのです。
放出されたガスは、新しい星を形成するための原料でした。したがって、自己濃縮とは、濃縮プロセスが GC 内で発生し、外部の影響を必要としないことを意味します。正確にどのような種類の星の噴出物については、今でも熱く議論されています。酸素やマグネシウム以外の一部の元素 (特に鉄) は、ほぼすべての GC で異なる星間で顕著な均一性を示したため、問題は複雑でした。この事実は、自己富化の可能性のある源を即座に除外しました:巨大な爆発、超新星 (超新星は多くの鉄を生成します) を特徴とする大質量星の進化の最終段階です。
いくつかのシナリオが提案されましたが、それらには大量予算の問題と呼ばれる共通の問題があるように見えました。星の第 1 世代の徴候が GC に見られます。その噴出物は、より若く、自己濃縮された星の集団の形成に貢献しています。しかし、それらは観測された GC 星の大半ではありません。自己汚染された星は、自己汚染されていない星と少なくとも同数です。提案されたすべてのモデルにおいて、星の噴出物は星の総質量のごく一部しか表していないため、これは奇妙でした。 GC の奇妙さの調査を締めくくるために、現在、GC と同様の質量を持つ若い大質量星団が見られますが、それらはそれらの特性を共有していないようです。この分野の主要人物の 1 人（Alvio Renzini）はこう書いています。
提案された球状星団形成の 4 つの段階
プラハの私たちのグループは、これらの不可解な事実について考え始め、4 つの段階からなるシナリオを考え出しました。アルヴィオ・レンツィーニがほのめかした初期宇宙の特別な条件を特定しようと試みたところ、この頃、空は一般に人口 III (PopIII) 星と呼ばれる非常に特別な星でいっぱいだったことがわかりました。 1 つには、PopIII はほぼ完全にメタルフリーです。ビッグバンは水素、ヘリウム、および最小限の軽元素しか合成しないため、これは避けられません。すべての重元素は、後で星によって合成されます。現在の宇宙で観測されているように、金属は星の形成過程で重要な役割を果たしています。一部の金属は、星が形成されるガスを非常に効率的に冷却します。この冷却過程が星の形成を促進します。 PopIII スターが形成されたガスは、簡単には冷却されませんでした。その結果、少なくともこれらの星の一部では、星形成プロセスが始まる前に大量のガスが蓄積する必要がありました。これらの星は大きくなり (太陽の数十倍、場合によっては太陽の質量の 100 倍)、巨大な爆発で短い寿命を終えました。初期宇宙におけるこれらの大惨事は、提案されたシナリオの最初の段階を表しています。
核爆発の余波のように、巨大な爆風が被災地から遠ざかり、遭遇したすべてのものを一掃しました。この衝撃波の背後には、巨大で比較的薄いガスの殻 (原始ガスと PopIII 爆発の灰) が集まりました。このガスは重力的に不安定であることが判明しました:その分布の小さな不規則性 (そのような混乱の後は避けられません) は、シェルが小さな塊に断片化されるまで、重力によって周囲の物質を引き付けることによって大きくなり、そのほとんどが星を形成することになりました (私たちの第 2 段階)。提案されたシナリオ）。私たちの話が軌道に乗っていれば、今日のGCの最初の恒星集団はこれらの星でできています.
この膨張するガスの殻の中で形成されたこれらの星 (私たちはスーパーシェル星、略して SSS と呼んでいます) は、興味深い特性を持っています。それらは、PopIII 爆発の灰から部分的に形成され、これらの灰には多くの鉄が含まれています。そのため、GC の星は、同様の年齢の他の星ほど鉄が少ないわけではありません。時間が経つにつれて、SSS は進化し、他の星と同様に、いわゆる恒星風 (第 3 段階) を介して星間物質を放出し始めました。特に、SSS の中の大質量星は、比較的短時間に大量のガスを放出しました。
この噴出物はあらゆる方向に拡大した。この噴出物の一部は、PopIII の爆発が起こったシェルの中心に向かって内部に伝播しました。これは、提案されたシナリオの興味深い部分です。なぜなら、この噴出物は、PopIII 爆発によって生成されたシェルにいくらか似ていますが、反対方向に伝播する、高密度で比較的薄いシェルを作成したからです。注意深い読者は、その後何が起こったかをすでに理解しているはずです。この内側に伝播するシェルも重力的に不安定で断片化されており、新しい星を形成しています (第 4 段階と最終段階)。これらは、GC で現在観測されている進化した自己濃縮星です。さらに、SSS は、比較的大きなガスの PopIII 駆動シェルの速度を継承しました。これは、PopIII の爆発が起こった場所から遠ざかったことを意味します。それらの膨張は相互の引力によって減速されましたが、それらの大部分は、発生期の GC の他の星から離れすぎて、再び捉えることができなかった可能性があります。
したがって、以前に導入された質量予算の問題についての説明は次のとおりです。発生期のGCの最初の星の集団は大きいです。私たちが今日見ているものよりもはるかに大きい。しかし、これらの星の大部分は失われました。道に迷う前に、これらの星は恒星風によってガスを排出することに成功しました。この噴出物の大部分が内部に伝播し、断片化し、新しい星の集団を作成しました。また、自己濃縮の原因となった星のほとんどは GC を脱出しましたが、恒星風によって大量のガスが放出されました。そのため、GC には元の星と汚染された星が同量存在します。
話の終わり？そうではありません。私たちは、主に SSS の噴出物でできたガスの殻を残し、内部に伝播して新しい汚染された星を形成しました。これらの星が進化するとどうなりますか?それらの噴出物は新しい殻を形成し、それが分裂してさらに星の集団を形成するのでしょうか?原則として、はい、サイクルが再び始まる可能性があり、若いGCで2つ以上の恒星集団の形成を目撃できます.実際、一部の GC のヘルツスプルング-ラッセル図は、2 つ以上の母集団の存在を示しています (あるケースでは、おそらく 7 つまで!)
最近発表された私たちの論文は、私たちが提案したように GC が本当に形成されたことを示していますか?あまり;最近の出版物で示したのは、シナリオのレイアウトと、このメカニズムが実際に機能することを示す単純化されたシミュレーションだけです.論文では、困難や未解決の問題を隠しませんでした。たとえば、現時点では、空で見られる非常に「重い」GC を再現することはできず、小型/中型の GC のみを再現できます。未解決の問題や未解決の問題は、他の研究者が一歩先を行って提案されたメカニズムを改善するか、完全に拒否するように促す可能性があるため、科学の塩であると考えています。可能性の範囲）
今のところ、GC は複雑なオブジェクトであり、非常に興味深い歴史があり、まだ多くの驚きが待ち構えていることを読者に納得していただければ幸いです。
これらの発見は、ジャーナル Astrophysics and Space Science に掲載された、崩壊するスーパーシェルでの球状星団の形成というタイトルの記事で説明されています。この研究は、チェコ科学アカデミー天文研究所のシモーネ・レッキが主導しました。
