湍流多相 ISM 中的压力关系与垂直平衡

我们使用在模型盘星系中轨道运行的湍流、多相、自引力气体的数值模拟，来研究压力、垂直气体分布以及致密气体与弥散气体比率之间的关系。我们表明，只要将湍流垂直速度弥散和气体自引力包含在内，盘高度和平均中面压力就与有效流体静力学平衡一致。质量加权压力比中面压力高出一个数量级，因为自引力会聚集气体并增加云中的压力。我们还研究了我们模拟中的比率 $R_{\rm mol}=M({\rm H_2})/M({\rm HI})$。Blitz 和 Rosolowsky (2006) 表明 $R_{\rm mol}$ 与估算的中面压力成正比。对于本轮频率 $\kappa$ 和气体面密度 $\Sigma$ 成正比的模型系列，我们恢复了这一经验关系。对于 $\kappa$ 和 $\Sigma$ 独立的其他模型系列，中面压力和 $R_{\rm mol}$ 没有良好的相关性。我们得出结论，星系盘的分子分数——以及恒星形成率——本质上取决于其旋转状态，而不仅仅是 $\Sigma$ 和恒星密度 $\rho_*$ 的局部值。$R_{\rm mol}$ 与中面压力之间的经验相关性意味着“环境参数” $\kappa$、$\Sigma$ 和 $\rho_*$ 在真实星系中是相互依赖的，这可能是向着 Toomre Q 接近于 1 的状态演化的结果。我们注意到，静态模型中的 $R_{\rm mol}$ 远超我们湍流模拟中的值和观测值，这意味着湍流对于在 ISM 中获得真实的分子分数至关重要。