基于超新星反馈的全局恒星形成定律

我们探讨了一个简单模型，在该模型中，星系盘中恒星形成率（SFR, $\rho_{\rm sfr}$）与气体宏观密度（$n$）之间的 Kennicutt-Schmidt (KS) 关系是通过超新星反馈对 SFR 的自我调节而产生的。它源于超新星气泡的物理学，对微观 SFR 配方不敏感，且不显式依赖于引力。关键在于，受 SFR 抑制的超新星气泡的填充因子自我调节至常数 $f\sim 0.5$。将气泡消散半径和时间用 $n$ 表示，填充因子为 $f \propto S\,n^{-s}$，其中 $s\sim 1.5$，$S$ 为超新星速率密度。因此，常数 $f$ 对应于 $\rho_{\rm sfr} \propto n^{1.5}$，且与密度无关的自由下落时间 SFR 效率约为 $0.01$。在使用不同代码和配方的宇宙学模拟和孤立星系模拟中，我们展示了向 $f \sim 0.5$ 的自我调节以及向独立于局部 SFR 配方的 KS 关系的收敛。同时，对气泡演化的球面分析被推广至成团超新星情形，通过解析和模拟方法得到 $s \simeq 1.5 \pm 0.5$。对超新星前恒星周围光致电离气泡的分析得出了 KS 斜率的一个范围，但 KS 关系由超新星气泡主导。超级气泡的吹离可能导致由外流和循环引起的另一种自我调节。尽管该模型过于简化，但其简单性及在模拟中的有效性可能表明它抓住了 KS 关系的起源。