多相星际介质中的超级气泡与星系风加载

我们利用数值模拟分析了由多次超新星（supernovae，SNe）驱动的超级气泡（superbubbles，SBs）在双相（暖/冷）、多云星际介质（interstellar medium，ISM）中传播的演化与性质。我们考虑了平均背景密度范围 $n_{\text{avg}}=0.1\text{--}10\,\text{cm}^{-3}$ 和超新星爆发间隔 $\Delta t_{\text{sn}}=0.01\text{--}1\,\text{Myr}$，并追踪每个超级气泡直至其半径达到 $(1\text{--}2)H$，其中 $H$ 为星际介质盘的特征厚度。除嵌入的致密云外，每个超级气泡在时间 $t_{\text{sf,m}}$ 之前保持高温状态，此时外部前缘受激波的暖气体冷却并形成过密壳层。此后，超级气泡内部的弥散气体维持在 $T_h\sim 10^6\text{--}10^7\,\text{K}$，膨胀速度 $v_h\sim 10^2\text{--}10^3\,\text{km/s}$（两者均在低 $\Delta t_{\text{sn}}$ 时最高）。晚期，暖壳层气体速度为几十至 $\sim 100\,\text{km/s}$。虽然壳层速度太低不足以从大质量星系逃逸，但足以从矮星系带走大量质量。致密云也被加速，达到几至几十 $\text{km/s}$。我们测量了每次超新星对应的热气体质量 $M_h/N_{\text{SN}}$ 和气泡每次超新星的总径向动量 $p_b/N_{\text{SN}}$。在 $t_{\text{sf,m}}$ 之后，$M_h/N_{\text{SN}}\sim 10\text{--}100\,M_\odot$（低 $n_{\text{avg}}$ 时最高），而 $p_b/N_{\text{SN}}\sim 0.7\text{--}3\times 10^5\,M_\odot\,\text{km/s}$（高 $\Delta t_{\text{sn}}$ 时最高）。如果大质量星系中的星系风由超级气泡中的热气体加载，我们得出结论：质量损失率通常低于恒星形成率。仅当超新星爆发频率远高于星系盘中的典型值（如核区星暴可能发生的情况）时，超级气泡才能在高温状态下突破并抛出高达恒星所锁定质量的 10 倍。动量注入值 $p_b/N_{\text{SN}}$ 与将星系恒星形成率控制在观测水平所需的要求一致。