反馈自由星形成可能吗?

有人认为,如果星形成云的自由下落时间短于巨型恒星作为超新星爆炸 (SN) 的寿命（约 3 Myr），则在据称"反馈自由"阶段期间,云中大部分气体可以转化为星体。我们指出,Ly$\alpha$ 辐射压来自超新星爆炸前阶段产生的 Ly$\alpha$ 光子,会取代反馈自由条件,严重限制星形成效率 (SFE)。我们发现对于恒定的星形成率,所有气体面密度为 $(37-1.7 \times 10^5)\ M_\odot\ \rm pc^{-2}$ 的云都有 $\epsilon_* < 0.08$。只有当 Ly$\alpha$ 驱动的壳层碎裂并形成星体时,才能达到更高的 SFE 值。虽然需要高级的 RHD 模拟来确立这一效应的重要性,但在采取乐观假设的情况下,我们发现 SFE 随云的面密度增加,从 $\epsilon_*=0.023$ 在 $\Sigma_g = 37\ M_\odot\ \mathrm{pc^{-2}}$ 增至 $\epsilon_*=0.27$ 在 $\Sigma_g = 1.7 \times 10^5\ M_\odot\ \mathrm{pc^{-2}}$。在所采取的乐观假设下,这些数字应被视为上限。我们得出结论,Ly$\alpha$ 辐射压强烈限制了 SFE,即使在太阳金属度下也消除了在超新星爆炸前阶段存在 $\epsilon_* \gtrsim 0.4$ 的反馈自由星形成模式的可能性。即使在其他效应如尘埃破坏 Ly$\alpha$ 光子、HII 区域的存在、速度梯度、原子惯性和湍流被考虑在内,此结论仍然成立。