GHOSDT 模拟计划 II：自调节星际介质中 H$_2$ 的缺失

银河系及其周围螺旋星系的观测已确立，太阳金属浓度下 HI 到 H$_2$ 转换发生在气体压强 $P_{\rm DE}/k_B\approx 10^4 \ \rm K \ cm ^{-3}$ 时，类似于太阳邻域的条件。尽管如此，当前针对自调节星际介质的模型在太阳邻域条件下会产生不足 H$_2$ 分数的 $R_{\rm mol} \equiv M_{{\rm H}_2}/M_{HI}$ 的因数 $\approx2-4$。我们使用 GHOSDT 套组的模拟，其质量分辨率范围为 $100-0.25\ M_{\odot}$（有效空间分辨率范围为 $\sim 20-0.05\ \rm pc$），模拟持续 500 Myr，展示了该问题如何受到建模选择的影响，包括是否包含光离子辐射、假设的超新星能量、数值分辨率、是否包含磁场以及是否包含亚网格簇集模型。我们发现 $R_{\rm mol}$ 即使在 $1\ M_{\odot}$ 分辨率下也未收敛，当分辨率从 10 提升到 $1\ M_{\odot}$ 时，$R_{\rm mol}$ 增加约为因数 2。排除光离子或磁场的模型会导致 $R_{\rm mol}$ 降低约因数 2。唯一与观测到的 $R_{\rm mol}$ 值吻合的模型包括我们的亚网格簇集模型，该模型将 $R_{\rm mol}$ 相对于我们基准模型提高约因数 $\sim3$。这使时间平均 $R_{\rm mol}$ 达到 $0.25$，与太阳圆附近的数值吻合，且更接近太阳邻域相似区域的观测中值 $0.42$。我们的发现表明，即使在高分辨率数值模拟中，星际介质中的小尺度簇集也在 H$_2$ 形成中发挥重要作用。