尘埃与气体比率的周期性变化

我们利用星际介质的多相模型讨论了旋涡星系中尘埃与气体质量比率的时间变化。在旋涡星系中，星际气体的典型相变时标约为$10^7$--$10^8$年。由于相变改变了发生尘埃增长的冷气体的填充因子，尘埃增长率在该时标上发生变化。为了检验尘埃与气体比率对相变的响应，我们构建了一个尘埃与气体比率时间演化的模型。我们采用星际气体的三相模型和Ikeuchi-Tomita模型来描述各相之间的质量交换。根据该模型，可能存在三种类型的解：[1] 所有气体都转变为热气体；[2] 实现三相的稳定静态；[3] 各相的填充因子周期性变化。对于这三种类型的解，尘埃与气体比率的行为如下：[1] 几乎所有尘埃都被摧毁（尘埃与气体比率变为$\sim 0$）；[2] 尘埃与气体比率收敛到一个静态；[3] 尘埃与气体比率响应相变而周期性变化。在情况[3]中，如果尘埃增长时标短于相变时标，则尘埃与气体比率的变化幅度很大（接近一个数量级）。这个条件在旋涡星系中很容易满足。然而，矮星系很难实现这个条件，因为它们的小金属丰度使得尘埃增长时标很长。