盘星系恒星形成定律的检验 II：对动力学性质的依赖

我们利用 16 个邻近盘星系中富分子气体区域（$\Sigma_{\rm H2}\ge\Sigma_{\rm HI}/2$）的总气体面密度 $\Sigma_g$、分子气体面密度 $\Sigma_{\rm H2}$、旋转速度以及恒星形成率 (SFR) 面密度 $\Sigma_{\rm sfr}$ 的观测径向轮廓，检验了多种恒星形成定律：Kennicutt-Schmidt 定律 $\Sigma_{\rm sfr}=A_g\Sigma_{g,2}^{1.5}$；常数分子气体定律 $\Sigma_{\rm sfr}=A_{\rm H2}\Sigma_{\rm H2,2}$；Krumholz & McKee (KM05) 和 Krumholz 等人 (KMT09) 提出的湍流调节定律；Gas-$\Omega$ 定律 $\Sigma_{\rm sfr}=B_\Omega\Sigma_g\Omega$；以及剪切驱动的 GMC 碰撞定律 $\Sigma_{\rm sfr}=B_{\rm CC}\Sigma_g\Omega(1-0.7\beta)$，其中 $\beta\equiv d {\rm ln} v_{\rm circ}/d {\rm ln} r$。若允许每个星系有一个自由归一化参数，这些定律预测 SFR 的均方根误差为 1.4 至 1.8 倍。若每个定律对整个星系样本仅使用单个归一化参数，则均方根误差范围为 1.5 至 2.1 倍。尽管常数分子气体定律给出的误差最小，但其相对于 KMT、Kennicutt-Schmidt 和 GMC 碰撞定律的改进并不特别显著，特别是考虑到各定律利用的不同观测输入及其涵盖的物理范围（从经验关系到星际介质过程的详细处理）。接下来，我们搜寻恒星形成定律参数随局部及全局星系动力学性质（盘剪切率，与 $\beta$ 相关）、旋转速度及棒状结构存在与否的变化。我们以高显著性证明，较高的剪切率会增强单位局部轨道时间内的恒星形成效率。如果 GMC 碰撞在恒星形成中起重要作用，则预期会出现这种趋势；而如果盘引力不稳定性的发展是控制物理机制，则预期会出现相反的趋势。