旋涡星系的气体密度与体积 Schmidt 定律

在自洽轴对称模型框架下，计算了 7 个旋涡星系（包括我们的银河系）平衡等温气体层的厚度及其盘面中平面的体密度 $\rho_{gas}(R)$。假设恒星盘局的域速度弥散接近于使盘处于稳定平衡状态所需的临界值。在此条件下，7 个星系中至少有 5 个的恒星盘显示出翘曲现象。它们的体密度随 $R$ 的减小速度快于 $\rho_{gas}$，因此气体在盘面外围占密度主导地位。将方位角平均的恒星形成率 SFR 与气体密度进行比较表明，不存在适用于所有星系的通用 Schmidt 定律 SFR $\propto \rho_{gas}^n$。尽管如此，不同星系中的 SFR 与气体体密度的相关性优于与面密度的相关性。通过最小二乘法形式计算得到的 Schmidt 定律 SFR $\propto \rho_{gas}^n$ 中的参数 $n$ 位于 0.8-2.4 范围内，其平均值接近 1.5。仅针对分子气体计算的 $n$ 值具有较大的离散度，但其平均值接近 1。因此，$\rho_{gas}$ 越小，积极参与恒星形成过程的气体比例就越小。