Cosmic wallflowers: the circumgalactic origins of isolated ultra-compact star clusters at $z>7$
La scoperta di ammassi stellari con lenti gravitazionali ad alto redshift con il James Webb Space Telescope (JWST) ha rivelato sistemi estremamente compatti e massicci di formazione stellare in galassie a $z > 6$, aprendo una nuova finestra sulla formazione precoce degli ammassi. In questo lavoro, esaminiamo la formazione di ammassi stellari negli ambienti circumgalattici di galassie ricche di gas con masse stellari comprese tra $\sim$$10^{8}$ – $10^{11}$ M$_{\odot}$ a $z > 7$, utilizzando la simulazione idrodinamica cosmologica MassiveBlackPS con risoluzione di 2 pc. Identifichiamo 55 ammassi dominati dai barioni che si formano al di fuori dei dischi galattici ma all’interno del raggio viriale dell’alone primario. La formazione stellare in questi sistemi procede rapidamente, raggiungendo densità superficiali stellari di picco superiori a $10^{5}$ M$_{\odot}$ pc$^{-2}$, corrispondenti agli ammassi compatti recentemente scoperti da JWST nell’arco Cosmic Gems con lenti a $z \approx 9.6$. Tali densità estreme sono un prerequisito chiave per innescare collisioni stellari incontrollate, indicando che un sottoinsieme dei nostri ammassi sarebbe un probabile ospite di buchi neri di massa intermedia (IMBH). Troviamo che ammassi stellari massicci possono formarsi in modo efficiente nel mezzo circumgalattico in tempi brevi attraverso la frammentazione dei filamenti, per cui le alte densità di gas portano a un rapido collasso locale tramite una combinazione di instabilità termiche e gravitazionali. Questo percorso di formazione implica che alcuni ammassi compatti si sono formati nelle tranquille periferie delle galassie in formazione piuttosto che all’interno dei loro dischi. Piccole variazioni nelle proprietà dei filamenti, tra cui metallicità, densità e contenuto di materia oscura, influenzano la probabilità che un ammasso stellare sia in grado di formare un seme IMBH. La formazione di ammassi in ambienti circumgalattici indica un potenziale percorso evolutivo che collega i primi ammassi fuori disco, gli odierni ammassi globulari e i semi di BH massicci.
Paper: ArXiv.org