最大恒星形成盘状星系 I. 反馈驱动湍流对星暴的调控

盘状星系中心的恒星形成率通常远大于外围区域。我们研究了中心星暴自调控的机制，即恒星形成注入星际介质的动量通量与约束气体的引力相平衡。对于大多数星暴，超新星是动量通量的主要贡献者，而湍流为以分子为主的星际介质提供了主要压力支撑。若单位恒星质量形成的动量反馈为 p_*/m_* ~ 3000 km/s，则在气体主导垂直引力的区域，预测的恒星形成率为 Sigma_SFR=2 pi G Sigma^2 m_*/p_* ~0.1(Sigma/100Msun/pc^2)^2 Msun/kpc^2/yr。我们将这一预测与包含反馈的垂直分辨盘状星系数值模拟进行比较，发现对于气体面密度 Sigma ~ 10^2-10^3 Msun/pc^2 的情况，两者吻合良好。我们还将预测结果与本地及高红移星系（包括并合星系和正常星系）的恒星形成率及气体含量汇编数据进行比较，发现只要 X_CO 随 Sigma 和 Sigma_SFR 的增加而弱衰减，预测与观测也吻合良好。稠密湍流气体中的恒星形成率还依赖于引力自由落体时间；若每个自由落体时间的效率为 epsilon_ff ~ 0.01，则反馈驱动的湍流速度弥散预计为 v_z = 0.4 epsilon_ff p_*/m_* ~ 10 km/s，相对独立于 Sigma 或 Sigma_SFR。湍流调控的星暴（由动力学动量反馈控制）是更大尺度自调控方案的一部分；低面密度、以原子气体为主的外盘，其恒星形成可能受紫外加热反馈调控，而极高面密度区域则可能受再处理为束缚红外辐射的反馈调控。