矮星系中的恒星形成与分子氢：非平衡视角

我们利用高分辨率（$m_{\rm gas}$ = 4 M$_\odot$，$N_{\rm ngb}$ = 100）SPH 模拟研究了孤立、低金属丰度矮星系中恒星形成与原子氢（HI）和分子氢（H$_2$）的联系。模型包含自引力、非平衡冷却、来自星际辐射场的屏蔽、H$_2$ 形成化学、独立于 H$_2$ 的恒星形成、超新星反馈和金属增丰。我们发现 H$_2$ 质量分数对采用的尘埃-气体比和星际辐射场强度敏感，而恒星形成率则不然。恒星形成受恒星反馈调节，使气体在密度 $n <$ 1 cm$^{-3}$ 时偏离热平衡。由于化学时标较长，H$_2$ 质量在整个模拟过程中始终处于化学非平衡态。恒星形成与冷（T $\leqslant$ 100 K）气体密切相关，但这部分致密冷气体——恒星形成的储库——由 HI 而非 H$_2$ 主导。此外，相当大比例的 H$_2$ 存在于弥散的暖相中，并不形成恒星。ISM（星际介质）在质量和体积上均以暖气体（100 K $<$ T $\leqslant 3\times 10^4$ K）为主。气体盘的尺度高度随半径增大，而冷气体始终被限制在中平面的薄层内。冷气体分数在小半径处受反馈调节，在大半径处受假定辐射场调节。冷气体分数的下降导致总气体面密度 $\Sigma_{\rm HI+H_2} \lesssim$ 10 M$_\odot$pc$^{-2}$ 时的耗尽时间（最长可达 100 Gyrs）急剧增加，这与 Kennicutt-Schmidt 平面上矮星系的观测一致。