星系如何形成恒星：星系模拟中局域与全局恒星形成之间的联系

利用一组孤立的 $L_\star$ 星系模拟，我们表明模拟星系中的全局耗尽时间与恒星形成气体质量分数，作为局域每次自由落体时间恒星形成效率 $\epsilon_{\rm ff}$、恒星反馈强度以及恒星形成阈值的函数，呈现出系统且明确的趋势。我们证明这些趋势可由一个关于星系全局恒星形成的简单物理模型复现并解释。我们的模型基于质量守恒，以及在动力学与反馈过程影响下气体在恒星形成与非恒星形成状态间以特定特征时标循环的思想。模拟结果与我们的模型预测均表现出两种极限情形，其中全局星系性质对局域参数的依赖关系颇为不同。当 $\epsilon_{\rm ff}$ 较小且反馈低效时，总恒星形成质量分数 $f_{\rm sf}$ 与 $\epsilon_{\rm ff}$ 无关，而全局耗尽时间 $\tau_{\rm dep}$ 与 $\epsilon_{\rm ff}$ 成反比。当 $\epsilon_{\rm ff}$ 较大或反馈极高效时，这些趋势反转：$f_{\rm sf} \propto \epsilon_{\rm ff}^{-1}$，且 $\tau_{\rm dep}$ 与 $\epsilon_{\rm ff}$ 无关，但与反馈强度成线性比例。我们还将结果与观测到的恒星形成气体与分子气体的耗尽时间及质量分数进行比较，表明它们对 $\epsilon_{\rm ff}$ 与反馈强度提供了互补约束。我们表明，利用不同空间尺度上耗尽时间及其弥散度的测量，也可获得对 $\epsilon_{\rm ff}$ 有用的约束。