АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2026, том 81, № 1, страницы 13–24
ИНДИКАТОРЫ РАННИХ ЭТАПОВ ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ
© 2026
И. А. Ачарова1*
,
М. Е. Шарина2
,
М. Е. Шарина2
1Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, 344006 Россия
2Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, Нижний Архыз, 369167 Россия
*E-mail: iaacharova@sfedu.ru
2Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, Нижний Архыз, 369167 Россия
*E-mail: iaacharova@sfedu.ru
УДК 524.6+524.35
Поступила в редакцию 18 июля 2025 года; после доработки 22 сентября 2025 года; принята к публикации 13 октября 2025 года
В работе представлен анализ условий образования шаровых скоплений (ШС) в окологалактических облаках. Детально обосновано сходство распределений количества объектов от металличности для ШС в ближней Вселенной и окологалактических облаков в широком диапазоне красных смещений, от 0.2 до 5.9. В распределениях количества окологалактических облаков и ШС присутствует последовательность четырех локальных максимумов на значениях металличности \({[\rm{X/H}]\simeq -2.6, -2.0, -1.4,-0.5}\). Рассчитано последовательное обогащение металлами окологалактического облака массой \(10^{8}\,M_{\odot}\), начиная с экстремально низкой металличности, \({[\rm{X/H}] <-2.3}\), далее через стадии \({-2.3 \le [\rm{X/H}]<-1.7}\) и \({-1.7 \le [\rm{X/H}] < -0.9}\) до высокой металличности, \({[\rm{X/H}] \ge -0.9}\), где границы указанных диапазонов совпадают с локальными минимумами числа объектов в распределениях. Показано, что для воспроизводства таких распределений достаточно, чтобы на каждой стадии обогащения части облака металлами образовывалось одно или несколько ШС суммарной массой \({3 \times 10^{6}\,M_{\odot}}\). Выявлено, что максимальная масса звезд, способных приводить к взрыву сверхновых, увеличивается с ростом металличности. Рассчитаны возможные значения этой массы для показателей металличности, соответствующих максимумам в распределениях облаков и ШС.
Ключевые слова:
Галактика: гало — (Галактика:) шаровые скопления: общие сведения — (звезды:) сверхновые: общие сведения
ФинансированиеСписок литературы
Данная работа финансировалась за счет средств бюджета организаций. Работа Ш.М.Е. выполнена в рамках государственного задания САО РАН, утвержденного Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.
Список литературы
1. I. A. Acharova, B. K. Gibson, Y. N. Mishurov, and V. V. Kovtyukh, Astron. and Astrophys. 557, id. A107 (2013). DOI:10.1051/0004-6361/201220944
2. I. A. Acharova and M. E. Sharina, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 481 (2), 2074 (2018). DOI:10.1093/mnras/sty2419
3. I. A. Acharova, M. E. Sharina, and E. A. Kazakov, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 511 (1), 800 (2022). DOI:10.1093/mnras/stac141
4. M. Asplund, N. Grevesse, A. J. Sauval, and P. Scott, Annual Rev. Astron. Astrophys. 47 (1), 481 (2009). DOI:10.1146/annurev.astro.46.060407.145222
5. A. T. Barnes, E. J. Watkins, S. E. Meidt, et al., Astrophys. J. 944 (2), id. L22 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/aca7b9
6. M. A. Beasley, R. Leaman, C. Gallart, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 487 (2), 1986 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz1349
7. F. Bigiel, A. Leroy, F. Walter, et al., Astron. J. 136 (6), 2846 (2008). DOI:10.1088/0004-6256/136/6/2846
8. T. M. Brown, J. Tumlinson, M. Geha, et al., Astrophys. J. 796 (2), article id. 91 (2014). DOI:10.1088/0004-637X/796/2/91
9. E. Carretta, A. Bragaglia, R. G. Gratton, et al., Astron. and Astrophys. 516, id. A55 (2010). DOI:10.1051/0004-6361/200913451
10. T. Chattopadhyay, M. Sharina, E. Davoust, et al., Astrophys. J. 750 (2), article id. 91 (2012). DOI:10.1088/0004-637X/750/2/91
11. G. Chiaki and J. H. Wise, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 482 (3), 3933 (2019). DOI:10.1093/mnras/sty2984 12. J. G. Cohen, N. Christlieb, I. Thompson, et al., Astrophys. J. 778 (1), article id. 56 (2013). DOI:10.1088/0004-637X/778/1/56
13. B. Dias, B. Barbuy, I. Saviane, et al., Astron. andAstrophys. 590, id. A9 (2016). DOI:10.1051/0004-6361/201526765
14. D. A. Forbes, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 493 (1), 847 (2020). DOI:10.1093/mnras/staa245
15. C. L. Fryer and V. Kalogera, Astrophys. J. 554 (1), 548 (2001). DOI:10.1086/321359
16. C. L. Fryer, S. E. Woosley, and D. H. Hartmann, Astrophys. J. 526 (1), 152 (1999). DOI:10.1086/307992
17. S. W. Fu, D. R. Weisz, E. Starkenburg, et al., Astrophys. J. 958 (2), id. 167 (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad0030
18. R. Gratton, A. Bragaglia, E. Carretta, et al., Astron. and Astrophys. 27 (1), article id. 8 (2019). DOI:10.1007/s00159-019-0119-3
19. W. E. Harris, arXiv e-prints astro/ph:1012.3224 (2010). DOI:10.48550/arXiv.1012.3224
20. A. Heger, C. L. Fryer, S. E. Woosley, et al., Astrophys. J. 591 (1), 288 (2003). DOI:10.1086/375341
21. M. G. Jones, D. J. Sand, P. Bennet, et al., arXiv e-prints astro/ph:2508.00984 (2025). DOI:10.48550/arXiv.2508.00984
22. R. C. Kennicutt and N. J. Evans, Annual Rev. Astron. Astrophys. 50, 531 (2012). DOI:10.1146/annurevastro-081811-125610
23. M. G. H. Krause, C. Charbonnel, N. Bastian, and R. Diehl, Astron. and Astrophys. 587, id. A53 (2016). DOI:10.1051/0004-6361/201526685
24. J. M. D. Kruijssen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 454 (2), 1658 (2015). DOI:10.1093/mnras/stv2026
25. J. M. D. Kruijssen, J. L. Pfeffer, M. Reina-Campos, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 486 (3), 3180 (2019). DOI:10.1093/mnras/sty1609
26. N. Lehner, C. B. Wotta, J. C. Howk, et al., Astrophys. J. 887 (1), article id. 5 (2019). DOI:10.3847/1538-4357/ab41fd
27. H. Li, O. Y. Gnedin, N. Y. Gnedin, et al., Astrophys. J. 834 (1), article id. 69 (2017). DOI:10.3847/1538-4357/834/1/69
28. D. Massari, H. H. Koppelman, and A. Helmi, Astron. and Astrophys. 630, id. L4 (2019). DOI:10.1051/0004-6361/201936135
29. T. Nagakura, T. Hosokawa, and K. Omukai, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 399 (4), 2183 (2009). DOI:10.1111/j.1365-2966.2009.15423.x
30. K. Nomoto, N. Tominaga, H. Umeda, et al., Nuclear Physics A 777, 424 (2006). DOI:10.1016/j.nuclphysa.2006.05.008
31. E. H. Nuñez, E. N. Kirby, and C. C. Steidel, Astrophys. J. 927 (1), id. 64 (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac470e
32. J. Pfeffer, J. M. D. Kruijssen, R. A. Crain, and N. Bastian, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 475 (4), 4309 (2018). DOI:10.1093/mnras/stx3124
33. L. Portinari and C. Chiosi, Astron. and Astrophys. 350, 827 (1999). DOI:10.48550/arXiv.astroph/9908326
34. B. J. Pritzl, K. A. Venn, and M. Irwin, Astron. J. 130 (5), 2140 (2005). DOI:10.1086/432911
35. I. U. Roederer and E. N. Kirby, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 440 (3), 2665 (2014). DOI:10.1093/mnras/stu491
36. E. E. Salpeter, Astrophys. J. 121, 161 (1955). DOI:10.1086/145971
37. M. Schmidt, Astrophys. J. 129, 243 (1959). DOI:10.1086/146614
38. K. L. Shapiro, R. Genzel, and N. M. Förster Schreiber, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 403 (1), L36 (2010). DOI:10.1111/j.1745-3933.2010.00810.x
39. J. D. Simon, Annual Rev. Astron. Astrophys. 57, 375 (2019). DOI:10.1146/annurev-astro-091918-104453
40. S. J. Smartt, Annual Rev. Astron. Astrophys. 47 (1), 63 (2009). DOI:10.1146/annurev-astro-082708-101737
41. R. J. Talbot, Jr. and W. D. Arnett, Astrophys. J. 197, 551 (1975). DOI:10.1086/153543
42. T. Tsujimoto, K. Nomoto, Y. Yoshii, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 277 (3), 945 (1995). DOI:10.1093/mnras/277.3.945
43. Y. A. Shchekinov, E. O. Vasiliev, and B. M. Shustov, Physics-Uspekhi, 66 (11), 1071-1094 (2023). DOI:10.3367/UFNe.2022.12.039295
44. E. O. Vasiliev, Y. A. Shchekinov, and B. B. Nath, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 468 (3), 2757 (2017). DOI:10.1093/mnras/stx719
45. S. Wang, B. Chen, and J. Ma, Astron. and Astrophys. 645, id. A115 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039531
46. E. J. Watkins, A. T. Barnes, K. Henny, et al., Astrophys. J. 944 (2), id. L24 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/aca6e4
47. A. J. Winter and C. J. Clarke, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 521 (2), 1646 (2023). DOI:10.1093/mnras/stad312
48. J. H. Wise and T. Abel, Astrophys. J. 685 (1), 40 (2008). DOI:10.1086/590417
49. S. E. Woosley and A. Heger, Astrophys. J. 637 (2), 914 (2006). DOI:10.1086/498500
50. S. E. Woosley and T. A. Weaver, Astrophys. J. Suppl. 101, 181 (1995). DOI:10.1086/192237
2. I. A. Acharova and M. E. Sharina, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 481 (2), 2074 (2018). DOI:10.1093/mnras/sty2419
3. I. A. Acharova, M. E. Sharina, and E. A. Kazakov, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 511 (1), 800 (2022). DOI:10.1093/mnras/stac141
4. M. Asplund, N. Grevesse, A. J. Sauval, and P. Scott, Annual Rev. Astron. Astrophys. 47 (1), 481 (2009). DOI:10.1146/annurev.astro.46.060407.145222
5. A. T. Barnes, E. J. Watkins, S. E. Meidt, et al., Astrophys. J. 944 (2), id. L22 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/aca7b9
6. M. A. Beasley, R. Leaman, C. Gallart, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 487 (2), 1986 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz1349
7. F. Bigiel, A. Leroy, F. Walter, et al., Astron. J. 136 (6), 2846 (2008). DOI:10.1088/0004-6256/136/6/2846
8. T. M. Brown, J. Tumlinson, M. Geha, et al., Astrophys. J. 796 (2), article id. 91 (2014). DOI:10.1088/0004-637X/796/2/91
9. E. Carretta, A. Bragaglia, R. G. Gratton, et al., Astron. and Astrophys. 516, id. A55 (2010). DOI:10.1051/0004-6361/200913451
10. T. Chattopadhyay, M. Sharina, E. Davoust, et al., Astrophys. J. 750 (2), article id. 91 (2012). DOI:10.1088/0004-637X/750/2/91
11. G. Chiaki and J. H. Wise, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 482 (3), 3933 (2019). DOI:10.1093/mnras/sty2984 12. J. G. Cohen, N. Christlieb, I. Thompson, et al., Astrophys. J. 778 (1), article id. 56 (2013). DOI:10.1088/0004-637X/778/1/56
13. B. Dias, B. Barbuy, I. Saviane, et al., Astron. andAstrophys. 590, id. A9 (2016). DOI:10.1051/0004-6361/201526765
14. D. A. Forbes, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 493 (1), 847 (2020). DOI:10.1093/mnras/staa245
15. C. L. Fryer and V. Kalogera, Astrophys. J. 554 (1), 548 (2001). DOI:10.1086/321359
16. C. L. Fryer, S. E. Woosley, and D. H. Hartmann, Astrophys. J. 526 (1), 152 (1999). DOI:10.1086/307992
17. S. W. Fu, D. R. Weisz, E. Starkenburg, et al., Astrophys. J. 958 (2), id. 167 (2023). DOI:10.3847/1538-4357/ad0030
18. R. Gratton, A. Bragaglia, E. Carretta, et al., Astron. and Astrophys. 27 (1), article id. 8 (2019). DOI:10.1007/s00159-019-0119-3
19. W. E. Harris, arXiv e-prints astro/ph:1012.3224 (2010). DOI:10.48550/arXiv.1012.3224
20. A. Heger, C. L. Fryer, S. E. Woosley, et al., Astrophys. J. 591 (1), 288 (2003). DOI:10.1086/375341
21. M. G. Jones, D. J. Sand, P. Bennet, et al., arXiv e-prints astro/ph:2508.00984 (2025). DOI:10.48550/arXiv.2508.00984
22. R. C. Kennicutt and N. J. Evans, Annual Rev. Astron. Astrophys. 50, 531 (2012). DOI:10.1146/annurevastro-081811-125610
23. M. G. H. Krause, C. Charbonnel, N. Bastian, and R. Diehl, Astron. and Astrophys. 587, id. A53 (2016). DOI:10.1051/0004-6361/201526685
24. J. M. D. Kruijssen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 454 (2), 1658 (2015). DOI:10.1093/mnras/stv2026
25. J. M. D. Kruijssen, J. L. Pfeffer, M. Reina-Campos, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 486 (3), 3180 (2019). DOI:10.1093/mnras/sty1609
26. N. Lehner, C. B. Wotta, J. C. Howk, et al., Astrophys. J. 887 (1), article id. 5 (2019). DOI:10.3847/1538-4357/ab41fd
27. H. Li, O. Y. Gnedin, N. Y. Gnedin, et al., Astrophys. J. 834 (1), article id. 69 (2017). DOI:10.3847/1538-4357/834/1/69
28. D. Massari, H. H. Koppelman, and A. Helmi, Astron. and Astrophys. 630, id. L4 (2019). DOI:10.1051/0004-6361/201936135
29. T. Nagakura, T. Hosokawa, and K. Omukai, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 399 (4), 2183 (2009). DOI:10.1111/j.1365-2966.2009.15423.x
30. K. Nomoto, N. Tominaga, H. Umeda, et al., Nuclear Physics A 777, 424 (2006). DOI:10.1016/j.nuclphysa.2006.05.008
31. E. H. Nuñez, E. N. Kirby, and C. C. Steidel, Astrophys. J. 927 (1), id. 64 (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac470e
32. J. Pfeffer, J. M. D. Kruijssen, R. A. Crain, and N. Bastian, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 475 (4), 4309 (2018). DOI:10.1093/mnras/stx3124
33. L. Portinari and C. Chiosi, Astron. and Astrophys. 350, 827 (1999). DOI:10.48550/arXiv.astroph/9908326
34. B. J. Pritzl, K. A. Venn, and M. Irwin, Astron. J. 130 (5), 2140 (2005). DOI:10.1086/432911
35. I. U. Roederer and E. N. Kirby, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 440 (3), 2665 (2014). DOI:10.1093/mnras/stu491
36. E. E. Salpeter, Astrophys. J. 121, 161 (1955). DOI:10.1086/145971
37. M. Schmidt, Astrophys. J. 129, 243 (1959). DOI:10.1086/146614
38. K. L. Shapiro, R. Genzel, and N. M. Förster Schreiber, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 403 (1), L36 (2010). DOI:10.1111/j.1745-3933.2010.00810.x
39. J. D. Simon, Annual Rev. Astron. Astrophys. 57, 375 (2019). DOI:10.1146/annurev-astro-091918-104453
40. S. J. Smartt, Annual Rev. Astron. Astrophys. 47 (1), 63 (2009). DOI:10.1146/annurev-astro-082708-101737
41. R. J. Talbot, Jr. and W. D. Arnett, Astrophys. J. 197, 551 (1975). DOI:10.1086/153543
42. T. Tsujimoto, K. Nomoto, Y. Yoshii, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 277 (3), 945 (1995). DOI:10.1093/mnras/277.3.945
43. Y. A. Shchekinov, E. O. Vasiliev, and B. M. Shustov, Physics-Uspekhi, 66 (11), 1071-1094 (2023). DOI:10.3367/UFNe.2022.12.039295
44. E. O. Vasiliev, Y. A. Shchekinov, and B. B. Nath, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 468 (3), 2757 (2017). DOI:10.1093/mnras/stx719
45. S. Wang, B. Chen, and J. Ma, Astron. and Astrophys. 645, id. A115 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039531
46. E. J. Watkins, A. T. Barnes, K. Henny, et al., Astrophys. J. 944 (2), id. L24 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/aca6e4
47. A. J. Winter and C. J. Clarke, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 521 (2), 1646 (2023). DOI:10.1093/mnras/stad312
48. J. H. Wise and T. Abel, Astrophys. J. 685 (1), 40 (2008). DOI:10.1086/590417
49. S. E. Woosley and A. Heger, Astrophys. J. 637 (2), 914 (2006). DOI:10.1086/498500
50. S. E. Woosley and T. A. Weaver, Astrophys. J. Suppl. 101, 181 (1995). DOI:10.1086/192237
Indicatives of Early Stages of Star Formation in the Universe
© 2026
I. A. Acharova1* and
M. E. Sharina2
and
M. E. Sharina2
1Southern Federal University, Rostov-on-Don, 344006 Russia
2Special Astrophysical Observatory, Russian Academy of Sciences, Nizhnii Arkhyz, 369167 Russia
*E-mail: iaacharova@sfedu.ru
2Special Astrophysical Observatory, Russian Academy of Sciences, Nizhnii Arkhyz, 369167 Russia
*E-mail: iaacharova@sfedu.ru
The paper analyzes formation conditions for globular clusters (GCs) in circumgalactic clouds. The similarity between the metallicity distributions of GCs in the nearby Universe and of circumgalactic clouds is substantiated in detail over a wide range of redshifts: from 0.2 to 5.9. The distributions of the number of circumgalactic clouds and GCs both contain a sequence of four local maxima at the metallicity values: \({[\rm{X/H}]\simeq -2.6, -2.0, -1.4,-0.5}\). The sequential enrichment of a circumgalactic cloud with a mass of \(10^{8}\,M_{\odot}\) is calculated starting the extremely low metallicity \({[\rm{X/H}] <-2.3}\), then following through the stages of \({-2.3 \le [\rm{X/H}]<-1.7}\) and \({-1.7 \le [\rm{X/H}] < -0.9}\) to the high metallicity \({[\rm{X/H}] \ge -0.9}\), where the boundaries of these ranges coincide with the local minima of the number of objects in the distributions. It is shown that for the reproduction of such distributions, it is sufficient that at each stage of enrichment of a part of a cloud in metals, one or more GCs with a total mass of \({3 \times 10^{6}\,M_{\odot}}\) are formed. It is shown that the maximum mass of stars capable of leading to supernova explosions increases with the increase of metallicity. Possible values of this mass are calculated for the metallicities corresponding to the maxima in the distributions of clouds and GCs.
Keywords:
Galaxy: halo; globular clusters: general; supernovae: general
К содержанию номера