高马赫数环境中的低效恒星形成 I. 湍流支撑分析模型

恒星形成率（SFR）是宇宙演化的基本量。虽然湍流被认为在设定SFR中起关键作用，但确切机制仍不清楚。湍流通过压缩气体促进恒星形成，但也通过稳定气体对抗引力而减慢恒星形成。最广泛使用的分析模型依赖于有问题的假设，包括：i) 对密度PDF积分，这是一种忽略空间相关性的单点统计描述；ii) 基于密度阈值选择自引力气体，通常忽略湍流弥散；iii) 假设自由落体时间作为估计SFR的时间尺度，而不考虑更新密度PDF的需要；iv) 假设密度PDF是对数正态的。在改进唯一一个包含密度场空间相关性的现有模型的基础上，我们提出了一个新的分析模型。我们计算了更新给定密度和空间尺度的密度涨落所需的时间，发现它通常比自由落体时间长得多，使得后者不适合使用。我们对马赫数M和湍流驱动尺度除以平均金斯长度的作用做出了具体预测。在低到中等马赫数下，湍流不会减少甚至可能通过拓宽PDF略微促进恒星形成。然而，在较高马赫数下，大多数密度涨落被湍流弥散稳定，导致SFR随马赫数增加而急剧下降。