80 个邻近星系中的恒星形成定律与效率

我们在 80 个邻近星系的 1.5 kpc 尺度上，测量了局域恒星形成率（SFR）与恒星形成分子气体性质之间的经验关系。这些通常被称为“恒星形成定律”的关系，旨在从分子气体面密度、星系轨道时间、分子云自由落体时间和星际介质动力学平衡压力的各种组合预测局域 SFR 面密度。借助为 PHANGS 巡天构建的多波段数据库，我们在所有星系中一致地测量这些量，并量化由 SFR 定标选择和 CO 到 H$_2$ 转换因子选择引起的系统不确定性。我们所考察的恒星形成定律显示出 0.3–0.4 dex 的内禀弥散，其中分子 Kennicutt–Schmidt 关系的弥散比其他三种约大 $\sim$10%。该关系的斜率范围 $\beta\approx0.9{-}1.2$，意味着分子气体耗尽时间在我们样本所探测的环境中大致恒定。其他关系具有较平缓的斜率（$\beta\approx0.6{-}1.0$），表明每轨道时间的恒星形成效率（SFE）、每自由落体时间的 SFE 以及压力与 SFR 面密度之比（即反馈产额）可能随局域分子气体和 SFR 面密度系统性变化。最后同样重要的是，恒星形成定律的形状对方法选择高度敏感。不同 SFR 定标选择可在恒星形成定律斜率中引入至少 10–15% 的系统不确定性、在其归一化中引入 0.15–0.25 dex，而 CO 到 H$_2$ 转换因子还可额外产生 20–25% 的斜率不确定性和 0.10–0.20 dex 的归一化不确定性。