7
q 2001 RAS Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars Xavier Hernandez 1w ² and Andrea Ferrara 1,2 1 Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Largo E. Fermi 5, 50125 Firenze, Italy 2 Centre for Computational Physics, University of Tsukuba, Tsukuba-shi, Ibaraki-ken 305-8577, Japan Accepted 2001 January 15. Received 2000 December 18; in original form 2000 August 18 ABSTRACT We explore the predictions of the standard hierarchical clustering scenario of galaxy formation, regarding the numbers and metallicities of PopIII stars that are likely to be found within our Galaxy today. By PopIII we refer to stars formed at large redshift z . 4; with low metallicities Z =Z ,22:5 and in small systems total mass &2 10 8 M that are extremely sensitive to stellar feedback, and which through a prescribed merging history end up becoming part of the Milky Way today. An analytic, extended Press±Schechter formalism is used to obtain the mass functions of haloes which will host PopIII stars at a given redshift, and which will end up in Milky Way sized systems today. Each of these is modelled as a mini-galaxy, with a detailed treatment of the dark halo structure, angular momentum distribution, final gas temperature and disc instabilities, all of which determine the fraction of the baryons that are subject to star formation. The use of new primordial metallicity stellar evolutionary models allows us to trace the history of the stars formed, and give accurate estimates of their expected numbers today and their location in L=L versus T/K Hertzsprung±Russell HR) diagrams. A first comparison with observational data suggests that the initial mass function IMF) of the first stars was increasingly high-mass weighted towards high redshifts, levelling off at z * 9 at a characteristic stellar mass scale m s 10±15 M : Key words: stars: luminosity function, mass function ± Galaxy: abundances ± Galaxy: formation ± galaxies: evolution ± galaxies: formation. 1 INTRODUCTION The formation and the properties of the first stars in the Universe are probably among the most fascinating problems in present-day cosmology. Numerical simulations and analytical studies in a cosmological context Tegmark et al. 1997; Abel et al. 1998; Bromm, Coppi & Larson 2000; Machacek, Bryan & Abel 2001) have reached a consensus on the fact that the fragments that potentially lead to star formation were already available inside very small dark matter haloes at redshift z < 30 in most cosmological models. After that point the requirements concern- ing the dynamic range and number of physical processes to be treated become so demanding that one has to turn to simplified and/or lower dimensional studies. Although considerably refined, these studies Omukai & Nishi 1999; Susa & Umemura 2000; Nakamura & Umemura 2001; Ripamonti et al., in preparation) have not yet reached an agreement on the mass of the stellar seed core) and on the accretion rate by which the former grows into a star. Determining if and when the accretion is quenched seems to hold the key for the understanding of the properties of the first stars. However, the large variety of physical effects to be con- sidered for a review see Ferrara 2000) again complicate the problem tremendously. On general grounds, some authors have speculated that the initial mass function IMF) of the first stars can be skewed towards high stellar masses Larson 1998) or even be bimodal Nakamura & Umemura 2001). One of the consequences of this assumption is an increase in the relative number of massive, short-lived stars. These stars will soon end their life as supernovae, leaving either a compact remnant a neutron star or a black hole) or nothing at all for masses above <120 M ; see Umeda et al. 2000 and Fryer, Woosley & Heger 2000), and possibly releasing detectable bursts of gravitational waves Schneider et al. 2000). In turn, this implies a strong decrease of the amount of zero- or very low- metallicity stars presumably included in the present-day Milky Way MW), according to the hierarchical paradigm. Given the above discussion it appears that number counts of very low- metallicity MW stars can not only provide evidences for `living fossils', i.e. stars formed immediately after the end of the Dark Ages, but also probe the primordial IMF and hierarchical models to cosmic epochs z * 6 currently unreachable to essentially all experiments. Mon. Not. R. Astron. Soc. 324, 484±490 2001) w Present address: Instituto de Astronomia, UNAM, AP 70-264, Ciudad Universitaria Mexico, DF, CP 04510, Mexico. ² E-mail: [email protected]

Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

� ���� ���

����������� ����� �� �� ����� �� ����� � ��� � �

���� ����������� ��� ������ ����������

������������ �������� ������ ����� �� ���� �� ����� ������� ������������ ��� ���� ������� !"����� #������� �� $� % &�� $� % &�'�"� �&���%'%�� (��')�**� +����

�������� ���� ������� ��� ������ ���� �������� �� � !�"��# $!�� ���� ��"�%� ��

�� � �����

&� �'�#!�� �(� ������!�% !$ �(� %������� (�����(��# �#�%����" %�����! !$ "�#�'�

$!����!�� ��"����" �(� ������% ��� ����##���% !$ )!�*** %���% �(�� ��� #+�#� �! �� $!���

,�(� !�� -�#�'� �!���� .� )!�*** ,� ��$�� �! %���% $!���� �� #��"� ���%($� �� � /�� ,�(

#!, ����##���% ��,�0�� � ����� ��� � %��## %�%���% 1�!��# ��%% �� � ��� 2�� �(�� ���

�'�����#� %��%�� �! %��##�� $������+� ��� ,(�( �(�!�"( � ���%����� ���"�" (%�!�� ���

�� ���!��" ���� !$ �(� 2#+� &�� �!���� �� ���#���� �'������ )��%%3��(��(���

$!���#%� % �%�� �! !���� �(� ��%% $����!�% !$ (�#!�% ,(�( ,## (!%� )!�*** %���% �� �

"�� ���%($�� ��� ,(�( ,## ��� �� � 2#+� &�� %��� %�%���% �!���� 4��( !$ �(�%� %

�!��##�� �% � ��5"�#�'�� ,�( � ����#�� ��������� !$ �(� ���+ (�#! %��������� ��"�#��

�!������ �%�����!�� $��# "�% ����������� ��� �%� �%���#��%� �## !$ ,(�( ��������

�(� $����!� !$ �(� ����!�% �(�� ��� %��6��� �! %��� $!����!�� 7(� �%� !$ ��, ���!���#

����##��� %��##�� �!#��!���� �!��#% �##!,% �% �! ����� �(� (%�!�� !$ �(� %���% $!����� ���

"� �������� �%�����% !$ �(�� �'������ ������% �!��� ��� �(�� #!���!� � ��8� ��%�%

$9: ����%����"3��%%�## 1 �; ��"���%� � $�%� �!����%!� ,�( !�%����!��# ����

%�""�%�% �(�� �(� ���# ��%% $����!� 1*2�; !$ �(� $�%� %���% ,�% �����%�"#� ("(5��%%

,�"(��� �!,���% ("( ���%($�%� #��##�" !$$ �� � � < �� � �(�������%�� %��##�� ��%% %��#�

�% � ��3�� 2��

��� ����� %���%= #���!%�� $����!�� ��%% $����!� 3 -�#�'�= ���������% 3 -�#�'�=

$!����!� 3 "�#�'�%= �!#��!� 3 "�#�'�%= $!����!��

� ������������

7(� $!����!� ��� �(� ��!�����% !$ �(� $�%� %���% � �(� >���%�

��� ��!���#� ��!�" �(� �!%� $�%�����" ��!�#��% � ���%���5���

�!%�!#!"�� ?������# %��#��!�% ��� ���#����# %����% � �

�!%�!#!"��# �!���'� 17�"���+ �� �#� �<<@ ���# �� �#� �<<�

.�!��� A!�� B 8��%!� ���� 2��(���+� .���� B ���# ����;

(�� ����(�� � �!�%��%�% !� �(� $��� �(�� �(� $��"����% �(��

�!�����##� #��� �! %��� $!����!� ,��� �#����� ��#��#� �%��

��� %��## ���+ ������ (�#!�% �� ���%($� � � C� � �!%�

�!%�!#!"��# �!��#%� �$��� �(�� �!�� �(� ��D�������% �!�����5

�" �(� ������ ���"� ��� ������ !$ �(�%��# ��!��%%�% �! ��

������� ���!�� %! �������" �(�� !�� (�% �! ���� �! %��#$��

���9!� #!,�� ����%!��# %����%� �#�(!�"( �!�%�����#� ��$����

�(�%� %����% 1E��+� B ?%( �<<< ��%� B >������ ����

?�+����� B >������ ���� ����!�� �� �#�� � ��������!�;

(�� �!� ��� ����(�� �� �"������� !� �(� ��%% !$ �(� %��##�� %���

1�!��; ��� !� �(� ������!� ���� �� ,(�( �(� $!���� "�!,% ��! �

%���� ��������" $ ��� ,(�� �(� ������!� % D����(�� %���% �!

(!#� �(� +�� $!� �(� �����%�����" !$ �(� ��!�����% !$ �(� $�%�

%���%� !,���� �(� #��"� ����� !$ �(�%��# �$$���% �! �� �!�5

%����� 1$!� � ���, %�� ������� ����; �"�� �!��#���� �(�

��!�#�� �������!�%#��

E� "�����# "�!���%� %!�� ���(!�% (�� %����#���� �(�� �(�

���# ��%% $����!� 1*2�; !$ �(� $�%� %���% ��� �� %+�,�� �!,���%

("( %��##�� ��%%�% 18��%!� �<<�; !� ��� �� ��!��# 1?�+�����

B >������ ����;� E�� !$ �(� �!�%�D�����% !$ �(% �%%����!� %

�� �����%� � �(� ��#��� ������ !$ ��%%�� %(!��5#�� %���%�

7(�%� %���% ,## %!!� ��� �(�� #$� �% %�����!��� #���" ��(��

� �!����� ������� 1� �����!� %��� !� � �#��+ (!#�; !� �!�(�" ��

�## 1$!� ��%%�% ��!� ���� 2� %�� >���� �� �#� ���� ���

������ &!!%#�� B �"�� ����;� ��� �!%%�#� ��#��%�" ��������#�

���%�% !$ "�����!��# ,��% 1��(����� �� �#� ����;� *� ����� �(%

��#�% � %��!�" ������%� !$ �(� ��!��� !$ ���!5 !� ��� #!,5

����##��� %���% ���%����#� ��#���� � �(� ���%���5��� 2#+�

&�� 12&;� ���!���" �! �(� (�����(��# �����"�� -�� �(�

��!� �%��%%!� � ������% �(�� ������ �!���% !$ ��� #!,5

����##��� 2& %���% ��� �!� !�#� ��!�� ������% $!� F#�"

$!%%#%G� ��� %���% $!���� �������#� �$��� �(� ��� !$ �(� ���+

�"�%� ��� �#%! ��!�� �(� ���!���# *2� ��� (�����(��# �!��#%

�! �!%�� ��!�(% �� � H� �������#� ������(��#� �! �%%����##� �##

�'�������%�

2!�� ?!�� �� �%��!�� �!�� !"� /�/3/<� 1����;

� )��%��� �����%%= *�%����! �� �%��!�!��� >?�2� �) @�5�H/� A����

>���%���� 2�'�!� ��� A) �/���� 2�'�!�

� 45��#= '���I�%��!%���������'

Page 2: Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

&� ��!�!%� (��� �(�� �(� $�%� %���% ��� �!�� �%�� �(� %!5��##��

)!�*** !�6���% 1 ���� B 8!�� �<<H -���� B E%��+�� �<<@

A��� �� �#� ����; ��� %�%���% ,�( �!��# ��%% �� � ��� 2��,(�( %��!�"#� ��#� !� �!#���#�� (���!"�� �!!#�" � !���� �!

�!##��%�� "�� �(�� #!, ��# �����������% � %(!��� ,� ��$��

)!�*** %���% �% �(!%� $!���� �%�� %��( ��5"�#�'�%� �% A���

�� �#� (�� �!���� !��� �(�%� !�6���% ��� �'�����#� %��%�� �! �(�

����"� ��#��%�� �� �(�� !,� %�����!�� �% � ��%�#�� �(�� "�% %

D��+#� �������� ��� �(�� ��� !�#� ,���%% � %�"#� ���%� !$ %���

$!����!�� 7(� ������� % � F��+�� %��##�� !�6���G 1A��� �� �#�

����;� ��� � ��� �""#!������ !$ #!�"5#�� #!,5��%% %���%�

�%%����##� ������" �(� ����##��� !$ �(� "�% $�!� ,(�( �(��

$!����� 7(�%� ��� �(� %���% �(�� ,� ��� �!�%����" �% ��������%

$!� �(� ��� #!,5����##��� %���% !�%���� � �(� 2& (�#!�

E�� ����� % %��������� �% $!##!,%� 7(� ��'� %���!� ���%���% �(�

)��%%3��(��(��� $!���#%� �%�� �! ��#��#��� �(� ��%% $����!�% !$

2& %��"�#���� �#���% �� �$$����� ���%($�%� *� ����!� C ,�

��%���� �(� ��������� !$ )!�*** (�#!�% �% ��5"�#�'�% � !���� �!

�%����� �(� ������ !$ %���% ���( �!�������% �! �(� $��#

2&� ����!� / "�% � �!����%!� ,�( ������ !�%����!��#

��%�#�% !$ �(� ������% ��� ����##��� �%�����!� !$ �'�����#�

#!,5����##��� (�#! %���%� ���##�� � ���$ %������ % "�� �

����!� ��

! ���#� �$ �% �&' (�#�) *�)

&� �%� �(� �'������ )��%%3��(��(��� $!���#%� �! ��#��#��� �(�

�!���!��# ��!���#�� �(�� � ��#��� (�#! !$ ��%% -� �� �� ,##

���!�� ���� !$ � �!�� ��%%� (�#! !$ ��%% -� �� � #���� ���� ���

7(% �##!,% �% �! ��#��#��� �(� ��%% $����!�% !$ �(� $��"����%

,(�( �(�!�"( ���"��% ,## ��� �� �% ���� !$ � 2& %��� %�%���

�!���� �!##!,�" ?�%%�� B �(��( 1�<<<;� ,� ����$� �(� ��%%

�!������ � ��!"���!�% !$ ��%% ���,��� -� ��� �-� � �-��,�(

�- � -���������

� ����� � ����.� � .��C��

�'� ���

���� � ������.� � .��

� ��.�

�-�

�������� �-�� ���

*� �(� ��!� �'���%%!������.

�% �(� ��% ���%�� $#������!� � �

�!�5(�� ,��!, $����!� !$ ����% �C-�/������C� ��� � � �(�

�����# !�����%�� $!� �!##��%�� ,�( �� � C�-/�����0 ���"

�(� ���%��� ���� ��%% ���%�� !$ �(� ����%�� .!�( !$ �(� ��!�

D������% ,��� ��#��#���� �%�" � � �!#� ���+ ������ 1A�2;

�!,�� %������� �!���#��� �! �� � ��<�� � � �� � ��@ $#��

����%� ��- � ��C�� ,�( /� � H� +� %�� 2����� ,(�( ,�

�%�� �(�!�"(!��� ��"� )����# B 2##�� 1�<<<;� � ����!��

$����!� !$ ���� !$ �(� �!��# (�#! ��%% ,�% �%%���� $!� �## (�#!�%�

A������ ����� �%�����% !$ �(� ��%% !$ �(� 2& ��#� !� �%����

"�#���� %���##��% �%�� �% ��!��% !$ �(� ��%% ������# �! �(��

������� �!%�!�%� �%�" �(�� #��5!$5%"(� �#!���% ��� ���%!�5

��#� �%%����!�% !� �(�� !���%� 7(�%� ���(!�% "� �#��% $!�

�(� �!��# ��%% !$ �(� 2& !$ �!�"(#� � � ���� 2�� ��"� :�#�%%� B

8�����5.�## 1�<<�;� .���� B 2���$�#� 1�<<�;� !,���� �(!%�

�%�����% ��#� !�#� #!,�� #��%� �% �(� �!��# �'���� !$ �(� -�#����

���+ (�#! �!�#� �� "������ �(�� �(� ������� �!%�!�% !$ %����#�

!�%����#� %���##��%� &�( �(� )��%%3��(��(��� ����!��( ,� ���

�%�"� ,� �!�%%����#� �%����� �(� �!��# ��%% !$ �(� 2& �% �(�

�!��# ��%% �!������ ,�(� � %�(��� !$ ����% ����� �(� ����%

�%�� ,(�( �(� ����"� ���%�� % ��� ���% �(� ���%���

���+"�!��� ���%��� ���� � ��� � ��� 7(% % � $��� �(� !�#�

�����"$�# ��$��!� !$ F"�#�'�G ,�(� �(� )��%%3��(��(���

����!��(� 7(� ����#�� �#!��� �� �(% ����% ,!�#� �� ��!���

1��' � ����

� � 1���� ,(��� 1��' � ��� +� %�� ��� �(� $���!� !$����

����,��� 1��' ��� 1��� % ������� $�!� A�2 %��#��!�%� ��"�

�#�5���%� �� �#� 1�<<<; ��� �������� B ?����! 1�<<<;� 7(%

"�%

-2& � C

/�

� ����1C

���

0C���������

� ���

,(�( $!� �(� ��!���� �!%�!#!"��# �!��# "�% ��H � ���� 2��%!��,(�� ��!� �(� !�%����!��# #!,�� #��%� *� ,(�� $!##!,%

,� %(�## �%� -2& � ��� � ���� 2�� ,�(� �(� ����������%

�%%!����� ,�( "!�" $�!� 1��' �! 1��� ��� � ��������" 1��'�

�"� � %(!,% �(� ��%% !$ %��5(�#!�% ,(�( �� � � � $��

�(��%�#�% ��#���� � 2& %��� (�#!�%� �% � $����!� !$ %��5(�#!

��%%� �� �$$����� ���%($�% �(� �!���� #��% %(!, �(� #��% ,�(�

,(�( (�#!�% �� �(� %(!,� ���%($�% ,## $!�� )!�*** (�#!�%�

&� �%%!���� � ��'��� ����##��� �! �(� %���% �! �� $!����

��� �!������ ,�(� �(�%� (�#!�% �(�!�"( �(� ���� ��%%

,�"(��� ����##��� !$ �(� ����%� �� ���( ���%($�� �% ��#��#����

�� -���� B E%��+�� 1�<<@; �%�" $�##� (���!������ %��#�5

�!�%� �% � ��%�#� !$ �(� ���"�� ��!��%%� �(�%� (�#!�% ,## ��!���#�

�!���� � $�, %���% ,�( ��� #!,�� ����##���% $!���� � (�#!�% !$

�(� �������" (�����(�% � �(% %��%� ,� ��+� �(� ����##���% !$

-���� B E%��+�� 1�<<@; �% �� ����� #�� $!� �(� %���% !$ �(�%�

(�#!�%�

7(� #!,�� ��%% #��� -���� % ��+�� $�!� 7�"���+ �� �#� 1�<<@;

1%�� �#%! ��##�� B A!��(��� ����;� ��%���% (��" ��# ���5

��������% ��#!, �(% ���� ����!� �!!# � � ���#� ���� 7(�

����� #��� -��� �!���%�!��% �! �(� ����� ��%% �� ,(�( �(� %��##��

$������+ ���%�� �� %�����!� ��� �����#� �'��# �(� ����!��

�!��!����� �(�% D����(�" $���(�� %��� $!����!�� �!##!,�"

A��� �� �#� 1����;� ,� ��$�� �(% �% � F�#!,5�,��G� ��� ,� ��!��

�(�� ���������!� $!� �(� �!#��!� !$ -��� 7(�%� #��"�� %�%���%

,(��� %�#$5����(���� ��� �!����� ��� %���% !$ ����##���%

("(�� �(�� �(� -���� B E%��+�� 1�<<@; #�� ,## �� $!���� ���

�'�#����� !,���� "�� �(� %(���#� ������%�" ��%% $����!�%�

%��+� �, 2�%% $����!�% !$ (�#!�% ,(�( �� � � � ��� �� �% ���� !$ �

� � ���� 2� %�%���� ��� %�#�� �! �(� 2&� �� �$$����� ���%($�%� 7(�

�!���� #��% ������ �(� ��%% ���"� ,(��� )!�*** %���% ��� �'������ �!

$!���

$"� ��2��� ��������� "��� ����� /��

� ���� ���� 2?��� !"� /�/3/<�

Page 3: Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

!�� ��%�#�% ��� ���(�� �%��%�� �! �(% ����� #��� 7(�%� �,!

#��% �(��"� %#"(�#� ,�( ���%($� �(� !��% %(!,� ��� �����# $!�

�(� ���%($�% �%�#����� �#�(!�"( �(� �!�� ����#�� ���%($�5

��������� �%�����% �%��%%�� ��!� ,��� �%���

�"� � %(!,% �(� ���"��# !$ �(� )!�*** (�#!�% ��%% $����!�%

���,��� �(� %�#����� #��%� -�!��#� �% � $����!� !$ ���%($�� 7(�

����� �'% %(!,% �(� ���� ��%%5,�"(��� ����##��� �!���%�!��5

�" �! ���( ���%($�� �% �%��%%�� ��!�� �"� � �#%! "�% �(�

�����# ��%% !$ � %�"#� )!�*** (�#!� -�����#� %(!,�" �(�� ,�(�

�(� ���%($� �����# �%�#����� ���( ���%��� ��� 2& %���

%�%��� ,## (�� (�� ���,��� �� ��� ��� )!�*** (�#!�% �%

��!"���!�%� �!�������" %���% ,�( ����##���% � �/�� ��,�0�� � ���/� 7(% ����% �(�� �(� ��%% $����!�% !$ �D���!�

1�; ,## �� %���#�� ���%�#�� ��� �(� %����� ���,��� �$$�����

���%���5��� %�%���% ,## �� ����# ���� �## 2& %��� %�%���%

%(!�#� �!���� �(� %��� ������% ��� �%�����!� !$ %���% (��"

����##���% � �(� ��!� ���"�� 7(� �,! ����% !$ �"� �

����%��� �� � ���%($� !$ ���� �!���%�!���" �! � ����##��� !$

�,�0�� � �/�C � �(� -���� B E%��+�� 1�<<@; ������� �� �(%

#�� ���� ���%���5��� 2&5%��� %�%���% ,## (�� (�� !�#�

!�� )!�*** (�#! �!��" $�!� ���!�� �(% ���%($�� ��� ���� ,##

(�� (�� �!�� �� �##� *� �(% ,�� ,� ��� �'���� �(�� �(� ������%

!$ %���% � �(� 2#+� &�� ,�( ����##���% ��#!, �,�0�� ��/�C %(!�#� �� ����#� ������ �! %��( %���% (�� ���� $!���

�! �����

�!� ��� #!,�� ����##���%� !�� "!�% �! #��"�� #���"

���%($�% �! ����( � � C�� ,�0� � � ��� -�����# � ��H 2�� �(�

!�6���% ��%�!�%�#� $!� �(� ���������� !$ �(� ��� $�%� %���%

��� !$ %�����" �(� ��!����!� !$ �(� ����%�� !,���� �%

�!������� ��!�� �(� �(���� !$ $���" ��� %��( !�6��� �% ����

!$ �(� 2& % %#�� �(�� ,## �� $!��� �% ���� !$ #��"�� %�%���%�

���(��% �% �����#�%��� %���%� !,���� $!� %��#��� ,� ,##

�%� �(� ���� F$�%� %���%G �! ����$� �(� ���#�%� %���% !$ !��

-�#�'��

%��(��- �&' %���� �����

,� ���� ��� ���

&� �!��# ���( !$ �(� )!�*** (�#!�% �%��%%�� ��!� �% � %��##

"�#���� %�%���� ��%���% ,�( ��%%�% #��"�� �(�� -��� �!!# ���

�(� "�% $!��% � �%� � �����$�"�# �D�#���� 1!$��� %��� � �(�

�������# %��#��!�% D�!��� ��!�;� ,�( �� �'�!�����# %��$���5

���%�� ��!$#� $'�� �� �(� �!��# ����!�� ��%% ��� ��"�#��

�!������� 7(� #����� % "�� �� �(� � ���������� ,(�( %

�(!%�� �� ����!� $�!� �(� �%�����!�=

!��� � �

����������'�

�#������������

� ���

�� �C�

,�( ��� � ���� ��� �� � ���� ��"� ��#����!� ����"�# B ������%

1�<<@; ��� ��$������% �(����� 7(� ���# ���+ (�#! ��!$#� %

�(!%�� %��( �(�� � (�% � ������# �!�%���� ���%�� �!��� �% %��� �

���%���5��� ���+ (�#!�% $�!� �,��$ �! �#�%��� %��#�% 1����� �� �#�

����;� 7(� $!����!� !$ �(� �%� �!�$�% �(� "�����!��#

�!�����# � �(� ������# ��"!�%� ��� ,� ��#��� �(� �����!� !$ �(�

���+ (�#! �! �(% ��!��%% �(�!�"( �� ������� �������

(��!�(�%% 1�#!��% �� �#� �<<C �������� B -#�!�� �<<�;�

�"� C %(!,% � �����# )!�*** ��!�!5"�#�'�� (��" � �!��# ��%%

!$ C � ��� 2�� ,�( � �#!%�5�!5����"� ��"�#�� �!������ !$ � ����C�� 7(� $��# �!���!� ���� % "�� �� �(� %!#� ����� ,�( �(�

�!���� #�� "�" �(� %��$��� ���%�� ��!$#� !$ �(� �%��

,! ���� ��� .��� ���

7(� $��# ����������� !$ �(� "�% � �(� �%� % ��+�� �! �� C�� :�

,(�( % ����!����� $!� "�% ,(��� �(� ��� �!!#�" ���(��%� %

� 1������� �<<� ��%� B >������ ���� 2��(���+ �� �#� ����;�

7(% ����������� ��������% �%� �(� %!��� %���� ,�(� �(� �%��

,(�( �!"��(�� ,�( � �(� �����#� $��D����� !������ $�!� �(�

%��+� !, 7!��# ��%% � )!�*** (�#!�% �(�� ���% �� � � 2&5%��� "�#�'�

�!���� �% � $����!� !$ ���%($� 1%!#� #��;� 7(� �!���� ���� %(!,% �(�

�����# ��%% !$ �(�%� )!�*** (�#!�%� 7(� ����� �'% %(!,% �(� ����"�

����##��� !$ �(� *-2 �� �(�� ���%($��

%��+� , � �����# )!�*** "�#�'�� �!��# ��%% C � ��� 2�� ,�( � �#!%�5�!5

����"� ��"�#�� �!������� � � ���C�� 7(� %!#� ���� "�% �(� �!���!�

����� 7(� ��� #�� �����%���% �(� ����!�� �%� %��$��� ���%�� ��!$#�

�!"��(�� ,�( �(� �%������ %!��� %���� � �(� �%�� � "�% �(� ���%� !$

�(� 7!!��� ���������� 3��� %(!,� �� �(� ��%(�� ����� 7(� 3 � �

�%���#�� �(��%(!#� % %(!,� �� �(� �!���� #��� ,�( �(� ����%���!� !$

�(% ��� �(� 3�� ���� ��$��" �(� %���#� ��� ��%���#� ��"!�%�

/�H 4� /����� �� �� � �������

� ���� ���� 2?��� !"� /�/3/<�

Page 4: Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

����#�� $��# �!���!� ����� ��#�% �(� 7!!���G% %���#��

��������� $!� �(� �%��

3 � �%

�0� �/�

*� �(� ��"!�% ,(��� 3 � �� �(� �!��# ���# %(���� �!"��(�� ,�(

�(� �#!��� �%���%!�� % %�$$���� �! %���#�� �(� �%� #!��##�

�"��%� �% %�#$ "����� 7(�%� ��"!�% ��� �(���$!�� �!� %��6��� �!

%��� $!����!�� 7(� ��%(�� ���� � �"� C "�% �(� ��!$#� !$ 3��

� �(� �%�� ��� %(!,% �(�� �(� ��"!�% ����!� �! �(� ����%���!�

,�( �(� 3 � � #�� % ��%���#� �!,���% %��� $!����!�� � �(% ��%�

�� ��� ���� !$ �(� �%� ��%%� �"� / % ���#!"!�% �! �"� C� ��� $!� �

%�%��� (��" � #��"�� ��"�#�� �!������� � � ����� 7(�

�(��"�% � �%� %��$��� ���%�� ��� �!���!� ���� ��#� �(��

�!, !�#� � %��##�� $����!� 1H� ��� ����; !$ �(� �%� ,## $!��

%���%� � �#�� $!� �(� "�% ����������� #!,�� �(�� �(� C�� : �(�� ,�

��� �%%���"� ,(�( �"(� ��%�#� $�!� �(� %��## ���%���� !$

(��� �#�����% � �(�%� !�6���%� ,!�#� !�#� %#"(�#� �����%� �(�

�#�� !$ �(� ��%���#� $����!�� -�� �(�� �(� ��%���#� $����!�% $!�

%�%���% ,�( �����# �#��% !$ � ��� �#����� �#!%� �! ����� �(%

����# �!�% �!� �$$��� !�� �!��#�%!�%�

���##�� � "�%5�!5%��� �!���%!� �$$����� � � � ���� % �%�� �!

���� �(� �!��# ��%% ,�(� �(� �%���#�� ��"!� ��! � $��# ��%% !$

%���%� $!� ���( !�6���� �#�(!�"( ,� (�� ��#������ �(% ���������

$�!� #!��# !�%����!�% 1A��� �� �#� ����;� �% �(��� % �! $��

�(�!�����# ������!� $!� ��� �!#��!� ,�( ���%($� !$ �� ,� (��

�!� �'�#!��� %��( � �!%%�#���

, ���+� ���������� �� ����/��

�#�(!�"( �(� ��!� �%���#�� �����!� �"(� �� %��%$��� � �!�%

�!� ����%%��#� $!##!, �(�� �(� �!�%����� )!�*** !�6���% ,## ��

��#� �! $!�� %���%� *� $���� � % �!%%�#� �(�� �#!��3�#!�� �!##%!�%

�"(� �%���� �(� "�% �#!��% $!���� �� �(� "�����!��# �%���#��

��$!�� �(�� (�� ��� �! �!##��%� 1� �!�� !�"��##� ���� ��

:�%(#�%+� B ���% �<�C;� 7! �'�#!�� �(% �!%%�#�� ,� ��#��#���

�(� ��� $!� �!##%!�% ���,��� �#!��%� ��!## ��� $!� �#!�� �!##��%��

�$$� 7(% #�%� ,## �� "�� ��

�$$ ��

0�

� ����

� ���

,(��� � % �(� ���%�� !$ �(� "�% �#!��%� 7(� �!##%!��# ���5%��#�

%

��!## � ��� ��� �%���� �H�

,�( � �% �(� ������ ���%�� !$ �#!��%� ��� � � �(� ����% #��"�( �

�(� �%� 1� "�����# � $����!� !$ ����%; ,(�( ,� ��+� �% �

�����%������ %�� $!� �(� �#!��%� 7�+�" � � � ���-�� ,(��� ��% �(� !#��� $����!� !$ �(� �%� $##�� ,�( �#!��%� � $##�"

$���!�� ��� �(� ����% ��%%

-+ � ��

H

� � ���%

0�

� �C��

� �@�

��� �����%� �(� ����% #��"�( %

�� � ����

0�

� ����

���

,� ��� ��#��#��� �(� ���! !$ �(� �!##%!� ��� �! �(� �!##��%� ���

�� %��%�����" �(� �#��% ��!� ��! �D���!�% 1�; ��� 1H; �! ��#�

��!##

�$$� ��<

� �

� �<�

4D���!� 1<; %(!,% �(�� ��� $ �(� $##�" $���!� $!� �(�

$��"�����" �%� ,�% ����� ,(�( % ��#+�#�� �(� �!##��%� ���

!$ �(� �#!��% % �#,��% %(!���� �(�� �(� �!##%!� ���� �� �## ���

��� ���������� !$ �(� �#�� !$ �%� 7(% % � ��%�#� !$ (��" ��+��

� �!�%���� �#�� !$ �% �(�!�"(!�� �(� �%�� ,(�( % � �!�%�D�����

!$ � ���" �(� �!����� �!!#�" ���(��%� !������" � �(�

���!���# ����##��� "�%� �% �D���!� 1<; %(!,%� $!� �## �(�

%��#�% !$ !�� ��!�#��� "�����!��# �#!�� �!##��%� ��� ��!����

�������� �� �#!��3�#!�� �!##%!�%� ,(�( ,� %(�## �!�

�!�%��� $���(���

," ��� ��� � � ���

E��� �(� �!��# "�% ��%% ������ ��! %���% �% � $����!� !$ �(�

����##��� (�% ���� ���������� ,� �%� �(� *2� !$ 8��%!� 1�<<�;

�! ���� �(% ��! � �!��# ������ !$ %���%� 7(% $����!� !$$��% �

�!������ ������������!� !$ �(� *2�

�5�� #!" � �� � ���%����C�� ����*� �(� ��!� �D���!� �% % � �(�������%�� ��%% %��#�� !$ �(� !����

!$ ��C� 2� $!� � ���%���5��� %!#�� ��"(�!��(!!� *2�� 7(% %��#�

��%% ��� �� �����%�� �! �'�#!�� �(� �!�%�D�����% !$ � �!�5(���

*2� ���#��" �! %���% !$ ����##���% ���( #!,�� �(�� %!#��� �% ���

�(� !��% ,� ��� ������"�

&� �!���� �(% %���#�" !$ �(� *2� �%�" �% � ��C� 2� ,�(

�(� �!%� ������ )��!� %��##�� �!��#% !$ ���!���# ����##���%

!$ -���� �� �#� 1����; �! �'�#��� �(!%� %���% ,(�(� �����%� !$

�(�� �"�� (�� �� �!, �!#�� !$$ �(� �� !$ �(� ��� "��� �����(

1�-.;� ��� ��� (���� �! #!�"�� %�#�� *� �(% ,�� ,� !���� �

%���#� !$ ���%���5��� %���%� ����#�" �(� *2� $�!� � $'�� #!,��

#���!%�� �� �! �(� �� !$ �(� �-. !$ �(� �(�!�����# %!�(�!��%

�##!,% �% �! !���� �(� ������ !$ %���% %�#� �!��� ��,���% !$ �

������ #���" #���!%��� �% � $����!� !$ ����##���� E�� $��#

%���#�"% ��#��� !�#� %���% ���,��� ��H 2� ��� �(� �� !$ �(�

%��+� ", ���� �% �"� C� ��� $!� � ("(�� �#�� !$ �(� ��"�#�� �!�������

� � ����� 7(� �(��"�% � %��$��� ���%�� ��!$#�� �!���!� ���� 1�(�!�"(

�(� "�����!��# �!��#�" !$ �(� �%� ��� (�#!; ��� 7!!���G% ���������

��%�#� � � #��"�� �%���#�� ����%� ��� �#%! � � ���( ������� $����!�

���" %�%�����#� �! %��� $!����!��

$"� ��2��� ��������� "��� ����� /�@

� ���� ���� 2?��� !"� /�/3/<�

Page 5: Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

�-. !$ �(� )��!� %!�(�!��% 1!$ ��!��� ��� 2�;� ,(�( % �(�

���"� !�� ,(�( %��##�� �!��#% ,��� ��#��#�����

�% �(� �!��# ��%% � )!�*** !�6���% % ("(� �!�( �(� ��%%

$����!�% ��� �(� � �%�����!�% !$ )!�*** (�#!�% ��� %���#��

���%�#�� ��#��" � #!, %����� $!� �(� �������� $��# ������ !$

%���%�

7! %�������� ���( !$ �(� )!�*** !�6���% %�#����� $�!� �(�

��%% $����!� !$ �D���!� 1�; % ����$�##� �!��##�� �% � ��5

"�#�'�� ,�( � �#�� !$ � %�#����� �� ����!� $�!� �D���!� 1C;�

7(� ��%�#��" %�%��� % �(�� ������� �% � ��5"�#�'� ,(��� �(�

�!!#�" !$ �(� ����!�% #���% �! �%� $!����!� %��%�D����#� � �%�

�%���#�� �����!� % �%�� �! !���� �(� �!��# ��%% � %���%

�!�������� �� ���( !�6���� ���##�� �(�!�"( �(� �%� !$ �� *2� ���

��, #!, ����##��� %��##�� �!��#%� �(% �!��# ��%% % ������ ��! �

������ !$ %���% %�#� �!���� 7(% % �������� ���# �(� �!��# )!�***

!�6��� ��%% �D��#% �(�� ,�(� �(� �!����� ��"!� ��%����� �

����!� �� $!� � "�� #���" ���%($�� ,(�( �!���%�!��% �! �

$'�� ��'��� ����##���� 7(% ��!��%% % �������� $!� �$$�����

#���" ���%($�%� �! �!�%����� � �!��# ��%% �%�����!� $����!�

$!� �(� #!, ����##��� %���% $!� �(� ���%��� ��� 2&� 7(� ���� �

�"� � %(!,% �(� ������ !$ 2& %���% ,�( ��%% � �(� ��!�

���"� ��� (��" ����##���% #!,�� �(�� � "�� �#���

" ��($������ *��& ����

7! �!����� !�� ��%�#�% ,�( !�%����!�% ,� ��+� �(� %���#� !$

���� B ?!��% 1�<<�; !$ #!, ����##��� (�#! %���% � �(� #!��#

�%�� 7(�� ��#��� � ��"����� #���� %���#�� 1%���% ���,� $�!�

8�����G% �<�� ��!��� �!�!� ����#!"��; ,(�( % �!��#��� �!,�

�! ��H 2� ��� 1 � �C��� �(� %��� #�� ,� �%� �! %���#� !�� *2��

��!� �(� �(�!�����# %!�(�!��%� �(% �!���%�!��% �! � �%����� !$

�<� ��� ,(�( ,� ��+� �% �(� ����% !$ �(� %���#�� *� �(�� %���#��

$� %���% ,��� $!��� ,�( �,�0�� � �C��� 7! !���� �(� �!��#

������ !$ %���% � �(� -�#���� (�#! �� �(% ����##���� ,� ��%�

���!���� �� �%%����!� ��"����" �(� �%�����!� !$ �(�%� %���%�

*$ �(� )!�*** %��##�� %�%���% ��� �%������ ,(#� �(�� ���

��!��!����� ��! �(� "�!,�" 2&� �(�� %���% ,## �!��� �� $!���

�#�!%� �'�#�%�#� � �(� -�#���� (�#!� ,(#� $ �(� ���# %��##��

%�%���% $!�� �"(� �#�%���%� �(�� �"(� %��� �%����!� ����

�(�!�"( �������# $���!�� ��� �� � �(� "�#���� ��#"�� &(�( !$

�(�%� �,! ��!��%%�% �!�����% ,## ������ !� �(� ��%% ���! !$

�(� ���"��% �(�!�"( ,(�( �(� )!�*** %�%���% ����( �(� 2&� *$

�(�%� ��%% ���!% ��� �#!%� �! !��� �%����!� ,## �� ��!������

,(#� $ �(�� ��� �������� #��� ��! � $�##� $!���� 2&� )!�***

!�6���% �"(� ����� �!���� ��!� 55�!�� %��#��!�%� &(�� B

����"�# 1����; (�� ��"��� �(�� �!%� !$ �(� #!,�%�5����##���

%���% � � ���%���5��� "�#�'� ,## �� $!��� � �(� %��##�� (�#!� ���

�!� � �(� ��#"�� &� �(���$!�� ��+� �(� �%%����!� �(�� �(�

#!,�%�5����##��� %���% %(��� �(� %!�(����# �%�����!� !$ �(�

���+ (�#!� !�� �! � �%����� !$ ��� +��� �����%������ !$ �(� �!��#

�'���� !$ �(� (�#!� 7(� �����# ���%�� ��!$#� !$ �(�%� !�6���% �"(�

�!�� �#!%�#� ��%���#� �(�� !$ �(� !#� "#!��#�� �#�%��� �!��#��!��

(��" �� 6�C ��!$#�� �!�������#�� $'�" �(� �!���#���!� �!��

�� �(� %!#�� ����% 1��� +��; ��#�% �!��# ������% ,(�( ��� #��"�#�

���������� !$ �(% �(��"� � �(� �%%���� ��!$#�� ��"� $!� �!��

��� � �(� 6�C ��!$#� "!�" $�!� ��� �! � +�� 1� �!�� ����% ��%�

�� ���!����� � �(� 6�C ��!$#� �! �!� �(� ������# ���"����;�

�(� �!��# ������% !$ %���% �(��"� �� � $���!� !$ ���/ �! ��C/�

��%�����#�� ,(�( % %��## �!������ �! !�� ���!� ���% � �"% �

��� H� *� % ,!��( �!���" !�� �(�� �(� �%%����!� !$ � ������#��

���%�� ��!$#� $!� �(� ������� #!,5����##��� (�#! %���% % �!�

����%� �! !�� ��%�#�%� ��� ���!��% ����%%��� !�#� $!� ����

�!����%!� ����!%�%�

7�+�" �(� ���� B ?!��% 1�<<�; ���� �#�% �(� (��!�(�%% !$ ��

%!�(����# �%�����!� �%��%%�� ��!�� ,� ���� �(� �!��#

������ !$ %���% ,�( �,�0�� � �C�� � �(� -�#�'� �% /�/C ���H� 7! !���� ������% �� !�(�� ����##���% ,� �%� �(� ��#���

%��+� 0, ����"� ������ !$ )!�*** %���% ,�( ����##��� #!,�� �(��

�,�0�� �'������ � 2&5%��� "�#�'�% �!���� $!� � %!#�� ��"(�!��(!!�

*2� 1%!#� ����;� 7(� �!�% ,�( ���!� ���% %(!, �(� !�%����!�% !$ ����

B ?!��% 1�<<�; ��� .���% �� �#� 1�<<�;� �%%���" �� %!�(����#

�%�����!� $!� �(� %���% � �(� (�#! 1%�� ��'�;� 7(� #���##�� ���!,% %(!,

�(� �#��% !$ �% ��D���� �! ���!��#� �!��# ��� ����� �� � � H�� ���

� � <���

%��+� 1, *�$����� �#��% !$ �% �% � $����!� !$ ���%($� 1�!��% ,�( ���!�

���%;� 7(� %!#� ���� "�% �(� ���%($� �!#��!� !$ �(� ����% ��%% !$ �!#�

%���5$!���" �#!��% 1����$�� ,�( �%;� ��%�#��" $�!� �(� �����������

�!#��!� !$ �(� �!%�� ���!,�� ���+"�!��� 1A2.;�

/�� 4� /����� �� �� � �������

� ���� ���� 2?��� !"� /�/3/<�

Page 6: Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

����##��� �%�����!� $����!� !$ �(� �!�� ������ .���% �� �#�

1�<<�; ,!�+� ,(�( �!����% %����# ��, %���#�%� 7(�%�

!�%����!�% ��� %(!,� � �"� � �� �(� �!��% ,�( ���!� ���%�

,(�( ��$#��� �(� ����������% � �(� �!���#���!��

7(� %��##�� (�#! �"(� �!� �'���� �% $�� !�� �% ��� +��� ��� %!��

)!�*** %���% �"(� �� $!��� � �(� ��#"�� %! �(� ����������!� !$

���� �%�� � �"� � % ��!���#� � #!,�� #��� E� �(� !�(�� (����

"�� �(� ����������% � �(� ���!���# *2�� !�� ������!� % �

%���� ����� #���

*� % �#��� �(�� !�� ��%�#�% $�## %!��,(�� ��!� �(� !�%����!��#

���%�������%� ��#��" �(�� !�� �%%����!� !$ � �!�%���� �% ���C� 2�� �%%����##� � ���%���5��� %!#�� ��"(�!��(!!� *2�� %

�!� �#�� ���!��#�" !�� �%�����% ,�( �(� !�%����!�% ��D���%

�!� !�#� �(� �%%����!� !$ � ("(�� �% � �(� ��%�� ��� �(�!�"(!��

�(� ���%($� ���"� %������ �� �����%�" ����� $!� �(% �#��� ?!��

�(�� !�� ����� ������% !$ )!�*** %���% %��#� #����#� ,�( ���

�����# ���(!�%� ��"� 8��%!� 1�<<�; (�� �!���� !�� �(�� �(�

�����%� !$ �(� �!%�� ���!,�� ���+"�!��� 1A2.; �����������

,�( ���%($� �#!�� ��#�% �� �����%� � �(� ����% ��%% $!� �(�

%��� $!���" �#!��%� !��� !�� % ���!�� � � �� ,(��� �(� A2.

����������� �D��#% �(� �� : !$ �!#� %���5$!���" �#!��%� *� (�%

�(���$!�� ���� %�""�%��� �(�� �� ("( ���%($�� �(� *2� %(!�#� ��

�����%�"#� ,�"(��� �!,���% #��"�� %��##�� ��%%�%� 7(� #���##��

���!,% � �"� �� %(!, �(� �#��% !$ �% ,(�( ,� ��D��� ��

� � H�� ��� � � <��� �! ����( �(� !�%���� �!��%�

*� �"� H ,� %(!, �(� �#��% !$ �%� ,(�( ,� �$�� $!� �(� *2�

!$ )!�*** !�6���% �� ��!%�" �(�� �!��# ��� !�%����!�% �"����

7(� %!#� ���� ������% �(� ���%($� �!#��!� !$ �(� ����% ��%%

� %���5$!���" �#!��%� ,(�( ,� ����$� ,�( �%� �#�(!�"(� $!�

� � @ !�� ��%�#�% ��� �!�%%���� ,�( �(� �����%� � �% �!��"

%!#�#� $�!� �(�� � �(� ����% ��%% ��� �! �(� A2.� �(� ����� $!�

H � � � < % �#���#� $!� � �%� � �% ���!�� ,(�� �(% �$$��� ���

���!��� $!�� *� $���� �% 8��%!� 1�<<�; �!��% !��� �(% % !�#� �(�

��� � �����%� �(�� % �! �� �'������� �% !�(�� (����" %!����%�

��"� ��%%� %���% �(��%�#�% !� �� �#���!#�� 1>;J ���+"�!����

,��� #+�#� �! �� ���%���� ����(���!��� � ������� !�����

�!�%%���� ,�( �(�%� #!,5����# ���������% ,!�#� (�� �(� �$$���

!$ %+�,�" �(� *2� �!,���% #��"�� ��%%�%� �(�% !������" � �(�

%��� �����!��

�!� � � <� �(� �#��% !$ �(� �(�������%�� ��%% ������ �!

%���#�� ��!��� �(� �#�� �� � ��3�� 2�� ������ !$ � ���

�!�5(��� *2� �� �(�%� ���#� ��!�(%� �#�(!�"( �(� �����%� !$ !��

���!� ���% ��+�% ��������" �����% � �(% ���%($� ���"� (������

���##�� �"� @ ���%���% � ����%����"3��%%�## 1 �; ��"���

�!�����" !�� ���� %���%� *� % ��!����� $�!� �(� #!,5����##���

%��##�� �!��#% �%�� ��� �!�!#�� ,�( ���!�% ����!����� �!

/ &&�� .���� $�������� 1/.$; !�%����!�% !$ (�#! %���% 1-�##���

�� �#� �<<< �������� �� �#� ����;� $!� �% � ��� 2�� 7(�

��#�%!� !$ ����#�� ���!%�(��� ��#��#��!�% ��� %����# �$!���5

�!� � !���� �! ��#� ����#�� !�%����!��# ������!�% ,## $!��

���� !$ � $!��(�!��" ������

0 ��((��)

��!� !�� %���� ,� �!��#��� �(� $!##!,�"�

1; *$ �(� %������� (�����(��# ���"�� %�����! % �!������ !��

%(!�#� �!� �'���� �! $�� %���% (��" ����##���% #!,�� �(��

�,�0�� � �/�C � �(� 2&� ,(�( % �!�%%���� ,�( �������

!�%����!��# #��%�

1; &� �$�� �(� *2� !$ )!�*** %���% �! (�� ���� %��!�"#�

,�"(��� �!,���% ("( ��%%�%� ��� �����%�"#� �!�� %! � �(�

���"� H � � � <� ,(�( #��#% !$$ �� � � < �� � �(�������%�� ��%%

%��#� �% � ��3�� 2��1; E�%����!��# #��% !� �(� ������% ��� ����##���

�%�����!� !$ ��� #!,5����##��� %���% � �(� 2& ��� �#���

%(��� ��%����!�% !� �(� *2� !$ �(� $�%� %���%� 7(% ��� ��

��(��� �(�!�"( ����#�� �!��##�" !$ �(� $�## ���"� !$

�(��!���� �(�� "� �%� �! %��( %���%� !$ �(� ���� ���������

(���� �(�% ����%%��#� �%���#%(�" � �!�����!� ,�( �(� �����5

#��" %�������� $!����!� %�����!�

�����*#'�-('���

7(� ���(!�% �(��+ �(� ��$����� J!#+�� .�!��� $!� (% ����$�#

�����" !$ �(� ����%���� ��� (�#�$�# �!�����% ,(�( ���!��

�(� ���%�����!� !$ �(% ������ �% ,�## �% ��(��� 8��%!� $!� �

����#�� #!!+ �� � $�%� ���$� ��� 8�! -���� $!� ��+�" (% ��,

%!�(�!��% ��#��#� �#����!���##�� 7(% ,!�+ ,�% �!��#���� �%

!�� !$ �% 1��; ,�% � J%��" )�!$�%%!� �� �(� A����� $!�

A!������!��# )(�%�%� 7%�+��� >���%��� ,(!%� %���!�� %

"����$�##� ��+�!,#��"���

�'%'�'��'�

���# 7�� ����!% )�� ?!���� 2� 8�� 0(��" K�� �<<�� ���� ���� ���

�#�5���%� J�� ����� A�� :#��� ��� :���%! �� J�� �<<<� 2?����

C��� ��@

.���% 7� A�� �!%% ��� ?!��% �� 4�� ���� �� -�� 2!#��! )�� ���!#! ��� �<<��

����� ��� ���� �/� �C<

.���� ��� 2���$�#� 2�� �<<�� -�#���� �%��!�!��� )�����!� >�� )��%%�

)�����!�

.�!�� J�� A!�� )� ��� 8��%!� �� .�� �<<<� ���� ��@� 8�

A��� .�� ������� ��� -!�����! ��� ���+�% ��� ����� 2?���� C�/� H��

��#����!� ��� ����"�# �� ?�� ������% �� ��� �<<@� ���� /��� H�<

������� ��� �<<�� ���� /<<� 8�@

������� ��� ����� ������� 1�%��!5�(9���@�@<;

%��+� 2, � ��"��� $!� ���H �'�����#� #!,5����##��� %���%� ��������

%!�(�!��% $!� �(�%� %���% ��� �%�� �! !���� "!!� �%�����% !$ �(�� ���%���

!�%����!��# �(�������%��%� ,(�( ��� �� �%�� �! ��!�� "���#��% !$

�(�� ������� �(!�!�����% ��� (���� �� ������!� %�����"�%�

$"� ��2��� ��������� "��� ����� /�<

� ���� ���� 2?��� !"� /�/3/<�

Page 7: Cosmological origin of the lowest metallicity halo stars

����� A�� �GE�"(� 4�� �#�5���%� J�� A(����� -�� �������� ���

����� 2?���� C��� �<

�#!��% ��� )����+ �� ��� .#�����(�# -� ��� ����� �� 2�� �<<C� ���� /���

//C

����� A� 8�� &!!%#�� �� 4�� �"�� ��� ����� ������� 1�%��!5�(9���@�@H;

��##�� 7� 2�� A!��(��� � 2� )�� ����� ���� �//� H

-�##��� A�� �������� &�� �����! ��� .����## -�� A(!% A�� �<<<� ���

���� ��/�

-���� 8�� .��%%�� ��� .����## -�� A(!% A�� ����� �B��� �/�� C@�

-���� ?� K�� E%��+�� �� )�� �<<@� ���� /�H� ���

���� 0�� 8!�� ��� �<<@� ���� /�C� ��

�������� ��� -#�!�� -�� �<<�� 2?���� �</� �<�

�������� ��� -#�!�� -�� J�##%5-����� ��� ����� 2?���� C�@� �C�

:�%(#�%+� ��� ���% 2� ��� �<�C� 2?���� ���� <��

:�#�%%� �� ��� 8�����5.�## ��� �<<�� 2?���� ���� ���

8���� A�� A!#� ��� �<<C� 2?���� �H�� H�@

8��%!� �� .�� �<<�� 2?���� C��� �H<

8����� &�� �<��� ?877 ����#!"��� >�� 2���%!��� 2�����!#%

2��(���+ 2� 4�� .���� -� 8�� ���# 7�� ����� ���� �/�� ��<

?�+����� 7�� >������ 2�� ����� ���� �/�� �<

?�%%�� ��� �(��( �� :�� �<<<� 2?���� C�C� �@<

E��+� :�� ?%( ��� �<<<� ���� ���� H/

)����# &�� 2##�� 8�� �<<<� 2?���� C�<� ��C

���� �� -�� ?!��% �� 4�� �<<�� ��� ���� ��H�

��(����� ��� ������� ��� A��� .�� ������ J�� 2������%� ��� �����

2?���� C�@� C��

�������� 2�� ?����! ��� �<<<� ���� ��C� ���

��%� �� >������ 2�� ����� ���� �C@� �@�

7�"���+ 2�� �#+ ��� ���% 2� ��� .#���(��� ��� ���# 7�� )�##� ����<<@� ����

/@/� �

>���� �� ?!�!�! :�� ?�+����� 7�� ����� � &�%% ��� ���# 7� -�� ##

J�� ��%� 7(� ��%� ����%� ����"��5J��#�"� .��#�� �� ��H

&(�� �� �� 2�� ����"�# J�� ����� � &�%% ��� ���# 7�� ## J�� ��%� 7(�

��%� ����%� ����"��5J��#�"� ���#���"� �� C�@

7(% ����� (�% ���� ����%�� $�!� � ���9����� $#� �������� �� �(� ���(!��

/<� 4� /����� �� �� � �������

� ���� ���� 2?��� !"� /�/3/<�