自调节星际介质中的 [CII] 发射

[CII] 157.74 $\mu$m 精细结构跃迁是远红外(FIR)中最亮且被研究最充分的发射线之一,产生于星系的星际介质(ISM)中。我们在亚秒差距分辨率流体动力学模拟中研究其性质,模拟对象为气体面密度 $\Sigma_{\rm{g}}=10\;M_{\odot}\;\rm{pc}^{-2}$ 的 ISM 区块,耦合了随时间变化的化学、远紫外(FUV)尘埃与气体屏蔽、恒星形成、光电离与超新星(SN)反馈,以及完整谱线辐射转移。我们发现 [CII]-H$_2$ 转换因子随金属丰度弱标度 $X_{\rm{[CII]}}=6.31\times 10^{19} \;Z^{\prime\;0.17}\; \rm{cm}^{-2}\;(\rm{K}\;\rm{km}\;\rm{s}^{-1})^{-1}$,其中 $Z^{\prime}$ 为相对于太阳的标准化金属丰度。{[CII] 的大部分源自氢数密度 $n\sim 10~{\rm cm^{-3}}$ 的原子气体。} [CII] 线强度与恒星形成率(SFR)正相关,其归一化因子随金属丰度线性标度。我们发现这与 $z\sim0$ 观测大体一致。因此,即便在分子谱线可能不可探测的贫金属环境中,[CII] 仍是良好的 SFR 示踪剂。解析致密($n=10-10^3\;\rm{cm}^{-3}$)星际介质(ISM)的团块结构十分重要,因其主导 [CII] 157.74 $\mu$m 发射。我们将完整辐射转移计算与光学薄极限比较,发现对于我们假设的气态面密度,[CII] 线仅在超太阳金属丰度下边际光学厚。