M33 (HERM33ES) 中的尘埃与气体功率谱

晚型星系在气体和/或尘埃辐射中经去投影图像的功率谱是其中星际介质动力学与稳定性非常有用的诊断工具。先前的研究表明，功率谱可近似为两个幂律：在大尺度（大于 500 pc）上较平缓，在小尺度上较陡峭，两者之间的转折点对应于星系盘沿视线方向的厚度。我们针对邻近星系 M33 中尘埃和气体辐射在多个波长下的功率谱进行了详尽分析。特别是，我们利用了赫歇尔空间天文台（Herschel）上的 PACS 和 SPIRE 仪器近期获取的五个波长的图像。大多数图像巨大的动态范围（尺度上 2-3 个数量级）使我们能够清晰地确定斜率从 -1.5 到 -4 的变化，且该变化随波长有所不同。转折尺度随波长增加而增大，从 24 和 100 微米处的 100 pc 增至 500 微米处的 350 pc，这表明冷尘埃位于比暖尘埃更厚的盘中，这可能是由于恒星形成更局限于盘面所致。小尺度处的斜率倾向于在更长波长下更陡峭，意味着暖尘埃更集中于团块中。为了更好解释这些观测结果，我们针对类似 M33 的富含气体且无核球的孤立晚型星系进行了数值模拟。通过改变恒星形成和反馈参数，可以获得一系列具有两个幂律斜率和转折点的功率谱，这些结果很好地涵盖了观测数据。小尺度幂律确实反映了气体层的三维行为，随着反馈通过增加气体湍流使结构平滑化，其斜率急剧变陡。M33 似乎对应于一个基准模型，其恒星形成率（SFR）约为 $\sim$ 0.7 $M_{\odot}$/yr，其中 10% 的超新星能量耦合到了气体运动学中。