z<4 大质量星系中围绕大质量中心体的恒星形成环起源

利用解析建模与模拟，我们探讨在 $z \!<\! 4$ 的大质量星系中，围绕大质量中心体大量存在的恒星形成、团块状、延展气体环的起源。环由高角动量流形成，并在 $M_{\rm star} \!>\! 10^{9.5-10} M_\odot$ 的星系中存活，其中由并合驱动的自旋翻转与超新星反馈无效。环在向中心核球压实（compaction）的事件后依然存活。基于由剧烈盘不稳定性扭矩驱动的内向质量传输，环的长寿命出乎意料。然而，通过评估紧密缠绕螺旋结构的扭矩，我们发现每个轨道时间的传输时标很长且 $\propto\! \delta_{\rm d}^{-3}$，其中 $\delta_{\rm d}$ 为环内冷质量与总质量之比。当环传输慢于其由吸积补充及由恒星形成率（SFR）造成内部耗尽时，便形成长寿命环，二者在 $\delta_{\rm d} \!<\! 0.3$ 时均成立。降低 $\delta_{\rm d}$ 的中心质量是由压实驱动的核球和/或暗物质，并辅以 $z \!<\! 4$ 时较低的气体分数（只要其不太低）。该环处于 Toomre 不稳定状态，可形成团块与恒星。高红移动态环不太可能由长期共振或碰撞产生。AGN 反馈预计不影响环。穿过尘埃的模拟环模拟图像在定性上与 $z\!\sim\!0.5\!-\!3$ 大质量星系中围绕核球的观测环一致，见于 $H_{\alpha}$ 与深 HST 成像。ALMA 模拟图像表明 $z\!\sim\!0.5\!-\!1$ 环应可被探测。我们给出了环及其中心核球的预期可观测性质。