关于湍流碎裂与恒星初始质量函数的起源

在过去十年中，出现了两种普适的恒星初始质量函数(IMF)，即Kroupa IMF和Chabrier IMF，用以解释观测到的恒星质量分布。恒星IMF的普适性可能性引出了一个有趣的前景：恒星形成的普适模式。众所周知，星际介质中气体的湍流碎裂产生对数正态密度分布，这进一步反映在低质量和中等质量团块的质量函数中。恒星从不稳定团块中通过一系列动态过程的复杂相互作用凝聚而成，在追溯恒星IMF的起源时必须考虑这些过程。在本文中，应用引力碎裂理论，我们首先推导了团块的质量函数(MF)。然后，通过允许团块碎裂，并对每个团块随机选择气体温度，推导出核质量函数(CMF)。最后，通过对每个CMF应用5%-15%范围内的随机核到恒星转换效率ε，推导出恒星IMF。我们得到了一个幂律IMF，其指数在Kroupa IMF的误差棒内。这个推导出的IMF之前有一个类似的核质量函数，这表明引力湍流碎裂在组装连接这两个质量函数的必要条件中起着关键作用。从这个意义上说，恒星形成过程，至少在气体冷却有效的低红移处，很可能是普适的。我们认为，观测到的CMF和恒星IMF中的拐点可以替代性地解释为潜在恒星形成云中气体可能存在的特征温度。我们的结果还表明，恒星形成云中的湍流可能是在大空间尺度上驱动的，其功率谱比Kolmogorov型更陡。