极大恒星形成星系盘 II. 恒星暴调控的垂直分辨流体动力学模拟

我们利用一系列高分辨率流体动力学模拟探讨了恒星形成的自调控机制，重点关注由恒星形成反馈驱动高度超声速湍流的分子主导区域（星系中心与 [U]LIRGS）。在平衡态下，以湍流为主的总中面压力必须与星际介质（ISM）的垂直重力相平衡。在自调控机制下，由反馈注入的动量通量不断演化，直至与垂直重力相匹配。我们在涵盖一系列参数的模拟中测试了该通量平衡，这些参数包括面密度 $\Sigma$、每形成单位恒星质量所注入的动量（$p_*/m_*$）以及角速度。这些模拟为二维径向-垂直截面，包含自引力以及将气体束缚在星系盘中面的外部势场。在模拟达到所有相关物理量（包括恒星形成率 $\Sigma_{SFR}$）的稳态后，垂直重力、湍流压力与超新星动量注入率之间表现出极好的一致性。气体速度弥散与盘厚度随 $p_*/m_*$ 增加而增大。在中面密度下，每个自由落体时间内的恒星形成效率对局部条件及极密气体中的恒星形成法则不敏感。我们测得的效率约为 0.004-0.01，与由观测推断的低且近似恒定的效率相一致。对于 $\Sigma\in$(100--1000) \msunpc，我们发现 $\Sigma_{SFR}\in$(0.1--4) \sfrunits，总体遵循 $\Sigma_{SFR}\propto \Sigma^2$ 关系。所测得的关系与垂直平衡及反馈在垂直穿越时间内对湍流能量的补充非常吻合。这些结果以及在高密环境中观测到的 $\Sigma_{SFR}-\Sigma$ 关系，为恒星形成的自调控提供了强有力的证据。