GMC 与 ISM 结构的偏移集模型
星系天体物理
2013-07-02 v2 宇宙学与河外天体物理
太阳与恒星天体物理
摘要
ISM 在一系列尺度上受超声速湍流支配。我们利用这一点为致密气体结构（GMC、大质量团块和核）的形成与时间演化建立了一个严格的偏移集模型。超声速湍流驱动密度分布趋于对数正态分布，其弥散度随 Mach 数增加；我们将其推广以包含 >h（盘标高）的尺度，并利用它构建了在尺度 R 上平滑的密度场的统计性质。随后我们比较了包含热、湍流和旋转支撑的自引力坍缩条件。我们证明这成为一个明确的势垒穿越问题。因此，可以导出从声速长度尺度到盘 Jeans 质量以上的精确“束缚天体质量函数”。这与 MW 及其他星系中观测到的 GMC 质量函数惊人地一致；唯一的输入是星系的质量和尺寸（用于归一化模型）。这解释了质量函数的截断及其幂律斜率（接近但浅于 -2）。该模型还预测了云的线宽-尺寸和尺寸-质量关系，以及它们的残差对面密度/压力的依赖关系。我们利用此模型预测了云和星团的空间相关函数/聚集性；这些也与观测符合良好。我们预测了 ISM “泡”或“洞”的尺寸/质量函数，并表明这可以在没有任何局部反馈的情况下解释观测到的 HI 空洞分布。我们推广该模型以构建随时间变化的“并合/碎裂树”，可用于跟踪云的演化并构建 ISM 的半解析模型。我们提供了构建该树的显式方案。我们用一个简单例子表明，如果云在 ~1-5 个穿越时间内不被破坏，那么即使维持大尺度湍流，所有 ISM 质量都将被困在坍缩天体中。
引用
@article{arxiv.1111.2863,
title = {An Excursion-Set Model for the Structure of GMCs and the ISM},
author = {Philip F. Hopkins},
journal= {arXiv preprint arXiv:1111.2863},
year = {2013}
}
备注
21 pages, 11 figures, accepted to MNRAS (revised to match accepted version; predictions for high-redshift galaxies added)