调和河外星系恒星形成效率与理论：来自 PHANGS 的启示

来自 PHANGS 的关于云群体平均的每自由落体时间恒星形成 (SF) 效率 $\rm\epsilon_{\rm ff}$ 的最新河外星系测量结果，几乎没有显示出理论预测的对云尺度位力水平或速度弥散的依赖性。我们探索了使理论与观测相一致的途径，强调了内部密度结构的系统性变化，这些变化必然伴随着向星系中心典型的位力水平增加而发生。为了将这些变化引入传统的湍流调控 SF 模型，我们采用了三种基于宿主星系对云尺度影响的调整：我们引入了自引力以及包含宽泛幂律 (PL) 分量且类似于本地分辨云中所观测到的结构的气体密度分布；我们令内部气体运动学包含背景势场中的运动，并令其调控自引力的起始；我们假设气体密度分布仅在自由落体时间的一小部分内处于稳态。综合结果是，与纯对数正态概率密度函数相比，多自由落体 (MFF) 场景中预测的 $\rm\epsilon_{\rm ff}$ 大幅降低，且变化与 PL 斜率 $\alpha$ 相关联。为匹配 PHANGS 的 $\rm\epsilon_{\rm ff}$ 所需的 $\alpha$ 随环境系统性变化，即距离位力平衡最远的气体包含更多高密度气体。纳入这种“星系调控”行为后，我们的“自引力” sgMFF 模型功能类似于最初的、大致为“位力化云”的单自由落体模型。然而，在具有特征调控机制的星系盘之外，灵活的 MFF 模型可能更为适合。