盘状星系中的恒星形成。I. 通过引力不稳定性和云碰撞形成与演化巨分子云

我们研究了具有平坦旋转曲线的类银河系盘状星系中巨分子云（GMC）的形成与演化。我们进行了一系列三维自适应网格细化（AMR）数值模拟，这些模拟既追踪了~20kpc尺度上的全局演化，又通过多相原子星际介质（ISM）解析到~<10pc的尺度。在这项初步研究中，我们忽略了恒星形成和反馈，专注于引力不稳定性以及云碰撞和相互作用的过程。我们将云定义为n_H>=100cm^-3的区域，并追踪单个云在星系中从诞生到最终通过合并或与另一个云的破坏性碰撞而毁灭的轨道演化。大约140Myr后，盘中大部分气体已碎裂成质量约为10^6 Msun的云，其质量谱与银河系GMC相似。盘进入一个准稳态，其中云的引力散射使盘接近全局引力不稳定性的阈值。发现云碰撞时间仅为轨道时间的一小部分，约1/5，这是向云中注入湍流的有效机制。这有助于使云仅处于中等引力束缚状态，维里参数量级为1。在这个没有恒星反馈的简单模型中，可以解释许多其他观测到的GMC特性，例如质量面密度、角动量、速度弥散和垂直分布。