本地星系中的 Hα 发射:恒星形成、时间变率与弥漫电离气体

星云复合线 H$\alpha$ 被广泛用作本地和高红移宇宙中恒星形成率(SFR)的指示物。我们展示了对包含辐射转移、非平衡热化学和尘埃演化的高分辨率孤立银河系和 Large Magellanic Cloud 模拟的详细 H$\alpha$ 辐射转移研究。我们关注 H$\alpha$ 发射的空间形态和时间变率,及其与底层气体和恒星形成属性的联系。H$\alpha$ 和 H$\beta$ 径向和垂直面亮度轮廓与近邻星系的观测极为一致。我们发现碰撞激发产生的 H$\alpha$ 发射占比为 $f_{\rm col}\sim5-10\%$,仅弱依赖于半径和垂直高度,且散射使 H$\alpha$ 光度提升 $\sim40\%$。通过 Balmer 减数的尘埃修正效果良好(内禀 H$\alpha$ 发射可在 $25\%$ 内恢复),尽管尘埃衰减律在空间分辨和积分尺度上都依赖于衰减量本身。对理解 H$\alpha$-SFR 联系重要的是电离辐射(莱曼连续谱 [LyC] 光子)的尘埃和氦吸收,分别约为 $f_{\rm abs}\approx28\%$ 和 $f_{\rm He}\approx9\%$。加上逃逸分数 $f_{\rm esc}\approx6\%$,这将可用于氢线发射的预算减少了近一半($f_{\rm H}\approx57\%$)。我们讨论了弥漫电离气体的影响,除其他外表明:平面外 H$\alpha$ 发射由逃离盘面的 LyC 光子供能。该框架未来对宇宙学( zoom-in)模拟的应用将有助于借助即将到来的 James Webb Space Telescope 解释高红移星系的光谱。