恒星形成星系序列中的宇宙线 II：稳定性极限与宇宙线驱动外流的产生

宇宙线（CRs）是从恒星形成星系盘发射冷物质风的合理机制。然而，对于哪些类型星系可能拥有宇宙线驱动的风，以及这些风在调节星系恒星形成率中可能发挥的作用，尚无共识。利用本系列前一篇论文中发展的强子宇宙线输运与损失的细致处理，本文我们建立一个半解析模型，用以评估利用宇宙线从星系盘发射冷风的可行性。特别地，我们确定了临界宇宙线通量——以及相应的恒星形成率面密度——高于此值，给定星系内的流体静力平衡便因宇宙线以风的形式吹走气体或使其不稳定而被排除。我们表明，对于具有典型的银河系和本地矮星系较低气体面密度的恒星形成星系，该宇宙线稳定性曲线在 Kennicutt-Schmidt 恒星形成率对气体面密度的参数空间中巡逻于观测星系分布的高端。然而，强子损失使得宇宙线无法在具有较高面密度的星系中驱动风。我们的结果显示，像银河系这样宁静、低面密度的星系正处于不稳定性的尖点，使得星际介质参数的微小变化即可导致宇宙线驱动外流的发射；我们据此认为，宇宙线反馈为大多数现代星系的恒星形成效率设定了终极极限。