盘状星系中恒星形成的千秒差距尺度模拟. I. 无磁场和零反馈极限

我们展示了在星系盘中从1千秒差距到小于秒差距尺度上自引力稠密气体演化的流体动力学模拟，旨在研究从巨分子云（GMC）形成稠密团块的过程。这些结构被认为是星团的前身，这一过程可能是控制星系系统中恒星形成速率的限速步骤，如Kennicutt-Schmidt关系所描述。我们利用依赖于消光的加热和冷却函数追踪气体热演化至约5K。我们尚未包含磁场或局域恒星反馈，因此GMC和团块的演化完全由自引力与热压和湍流压支持以及大尺度星系剪切平衡决定。尽管在模拟中云结构和密度发生显著变化，但GMC的维里参数在超过GMC自由落体时间的时间尺度上大多保持大于1，表明来自星系剪切和大尺度云运动的能量持续级联到GMC内部。我们以每局域自由落体时间2%的缓慢低效速率实现恒星形成，但即便如此，由于稠密气体团块的过度产生，全局恒星形成速率仍比观测到的Kennicutt-Schmidt关系大约两个数量级。我们预计需要磁场支持和局域恒星反馈相结合，才能将稠密团块形成抑制到无磁场、零反馈极限下速率的约1%。