星系盘的统一模型：恒星形成、湍流驱动与质量输运

我们引入了一个关于星系盘中气体结构和演化的新模型。在该模型中，气体处于垂直压强和能量平衡状态。恒星形成反馈注入能量和动量，而非轴对称力矩阻止气体变得超过临界引力不稳定性。从这些假设出发，我们推导出星系整体性质（气体面密度、恒星成分和旋转曲线）与其恒星形成率、气体速度弥散度和径向内流速率之间的关系。我们表明，盘中的湍流可以主要由恒星形成反馈、径向输运或两者的结合来驱动。与忽略径向输运或恒星形成反馈的模型相比，该模型的预测与广泛的观测结果取得了极好的一致性，包括在空间分辨和非分辨数据中测量到的恒星形成定律、星系恒星形成率与速度弥散度之间的相关性，以及观测到的径向内流速率。这种一致性跨越了广泛的星系质量和类型，从本地矮星系到极端星暴星系再到高红移星系盘。我们将该模型应用于恒星形成主序上的星系，并表明它预测了从高红移时主要由引力驱动的湍流向低红移时由恒星形成驱动的湍流的转变。这一转变及其所产生的质量输运率的变化，自然地解释了为什么星系核球倾向于在高红移形成而星系盘在较低红移形成，以及为什么星系倾向于由内向外熄灭。