磁场如何影响星系中冷、星形成气体？
星系天体物理
2025-12-10 v1
摘要
数值模拟为改善我们对磁场在星系星际介质中以及星形成作用的理解提供了独特的机会。然而，许多现有的星系尺度数值模拟在构建时即假设了恩斯基-施密特 (KS) 星形成律。本文我们采用两种 Arepo 模拟，对一颗孤立的星形成星系进行研究，分别考虑和不考虑磁场，采用 sink 粒子模型模拟星形成，而不施加 KS 关系。我们检查两种模型之间的全局差异，并探讨对星形成的影响。我们引入时依赖的非平衡化学网络 coupled to a thermal evolution scheme 以及超新星反馈。我们的磁场通过涡旋作用从小的初始种子场放大。我们发现更紧凑的磁海体 (MHD) 盘（半径约 5.1 kpc，与约 7.4 kpc 的情况相比），且在平面上下方面存在 diffuse 原子包裹层，而在流体动力学 (HD) 情况下未见此类结构。HD 盘显示更光滑、更均匀的径向气体和星形成分布，且具有更丰富的气泡结构。我们的 MHD 模拟相对于 HD 情况拥有更高比例的致密、不可压聚集气体，但星形成率更低，平均为 125-150 Myr 时间尺度下约为 4.8 太阳质量/年，与约 8.4 太阳质量/年相比。我们看到 KS 关系向更高气体面积密度的位移，在 MHD 情况下更符合观测结果。额外的磁场对抗引力坍缩的支撑作用似乎提高了星形成所需的气体面积密度阈值。
引用
@article{arxiv.2512.07948,
title = {How is cold, star-forming gas in galaxies affected by magnetic fields?},
author = {Kamran R. J. Bogue and Rowan J. Smith and Robin G. Tress and Mordecai-Mark Mac Low and David Whitworth and Ralf S. Klessen and Noé Brucy and Philipp Girichidis and Simon C. O. Glover and Junia Göller and Juan D. Soler and Alessio Traficante},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.07948},
year = {2025}
}
备注
18 pages, 18 figures, accepted by MNRAS