高马赫数环境下的低效恒星形成 II. 数值模拟与解析模型对比

预测星系中的恒星形成率（SFR）对于理解其演化与形态至关重要。要做到这一点，需要深入理解气体的致密结构是如何产生与坍缩的。在此过程中，湍流与引力发挥了主要作用。在引力-湍流框架内，我们假设湍流塑造了星际介质（ISM），产生了密度涨落，这些涨落若在引力上不稳定便会坍缩并形成恒星。本工作的目标是量化由驱动的强度与可压缩性所表征的不同湍流区域如何塑造密度场。我们关注的结果体现在 SFR 上，以及它与现有的 SFR 解析模型的对比。我们运行了一系列湍流气体的流体动力学模拟。模拟首先在不考虑引力的情况下进行，以便密度与速度由湍流驱动所塑造。随后开启引力，测量 SFR 并与解析模型进行比较。这些模拟中包含的物理过程与经典引力-湍流 SFR 解析模型中假设的非常接近，这使得对比十分直接。我们发现，现有的解析模型在低马赫数下与模拟结果令人信服地吻合，但在高马赫数模拟中我们测量到的 SFR 要低得多。我们在一篇配套论文中开发了一个更新的、基于物理的 SFR 模型，该模型很好地重现了模拟中高马赫数区域低效的恒星形成。我们的工作表明，要正确预测高马赫数区域下的 SFR，必须准确估算湍流驱动的致密结构补充时间及致密气体的空间分布。高马赫数区域的低效恒星形成是解释在银河系及其他星系中心等致密且湍流剧烈的环境中发现低 SFR 的一个可能原因。