解读次线性肯尼库特 - 施密特关系：弥散分子气体的情形

最近对两项河外观测 survey 的统计分析强烈表明，恒星形成率（$\Sigma_{\rm SFR}$）与分子气体面密度（$\Sigma_{\rm mol}$）之间存在次线性的肯尼库特 - 施密特（KS）关系。在此，我们在常见假设的背景下考虑这些结果的后果，并探讨支持$\Sigma_{\rm SFR}$与致密气体面密度之间呈线性关系的观测证据。如果 CO 示踪气体的耗尽时间（$\tau_{\rm mol}$）是常数，且 CO 仅示踪形成恒星的巨分子云（GMCs），那么每个 GMC 的物理性质（如体积密度或恒星形成率）必须有所变化。另一种可能性是 CO 光度与$\Sigma_{\rm mol}$之间的转换因子（即$X_{\rm CO}$因子）因云而异。一个更直接的解释是，CO 渗透于分层星际介质（ISM）中，包括 GMCs 嵌入其中的丝状结构和低密度区域。大量独立的观测结果支持这一描述，其中弥散气体至少占总分子含量的 30%。明亮的 CO 弥散气体可以解释次线性 KS 关系，从而导致$\tau_{\rm mol}$随$\Sigma_{\rm mol}$增加。如果$\Sigma_{\rm SFR}$与致密气体面密度线性相关，那么次线性 KS 关系表明弥散气体分数$f_{\rm diff}$随$\Sigma_{\rm mol}$增长。在$\Sigma_{\rm mol}$向外盘递减的星系中，这一描述暗示$f_{\rm diff}$也随半径减小。