湍流对星云发射线比的影响

受近邻星系与高红移星系在星云发射上观测差异的启发，我们开展了一组直接数值模拟，研究暴露于紫外背景下的湍流天体物理介质。模拟假设金属丰度为 $Z/Z_{\odot}$=0.5，并显式追踪若干天体物理重要元素的电离、复合、电荷转移和逐离子辐射冷却。每个模型运行至全局稳态，该稳态取决于电离参数 $U$、一维湍流速度弥散 $\sigma_{\rm 1D}$ 以及湍流驱动尺度。我们运行了一系列模型，采用 T=42,000K 黑体谱，$n_e$ = 100 cm$^{-3}$，$\sigma_{\rm 1D}$ 范围在 0.7 至 42 km s$^{-1}$ 之间，对应湍流马赫数在 0.05 至 2.6 之间变化。我们将结果以若干星云诊断图的形式呈现，并与红移 $z\approx$2.5 处恒星形成星系的观测结果进行比较，这些星系较高的表面密度也可能导致更具湍流性质的星际介质。我们发现，亚音速、跨音速湍流以及尺度为 1 秒差距或更大尺度上驱动的湍流对线比几乎没有影响。另一方面，超音速、小尺度湍流通常会增加计算出的线发射。事实上，在驱动尺度 $\approx 0.1$ pc 时，中等强度的湍流（$\sigma_{\rm 1D}$=21-28 km s$^{-1}$）可以重现高红移与低红移观测之间的诸多差异，而无需诉诸更硬的谱型。