由恒星反馈失效导致的最大恒星面密度

在所有类型的致密恒星系统(如星团、星系核等)中观测到最大恒星面密度 $\Sigma_{max} \sim 3 \times 10^5\,{\rm M_\odot\,pc^{-2}}$，其质量跨越约 8 个数量级。曾有提议认为这一特征尺度由某种阻止坍缩超过特定面密度的动力学反馈机制所设定。然而，由大质量恒星反馈调节的恒星形成的简单解析模型和详细模拟认为，反馈在更高面密度下效率更{\it 低}(恒星形成效率随 $\sim \Sigma/\Sigma_{crit}$ 增加)。因此我们提出一个替代模型：当高于某 $\Sigma_{crit}$ 时恒星反馈在调节恒星形成上失效，因此恒星形成气体的供给在系统收缩到更高面密度前迅速转化为恒星。我们表明，这样一个模型——其中 $\Sigma_{crit}$ 直接取自该理论——自然地预言了观测到的 $\Sigma_{max}$。由于即使反馈失效时气体消耗时间长于整体自由落体时间，$\Sigma_{max}\sim 100\Sigma_{crit}$。此外，预言的 $\Sigma_{max}$ 对空间尺度和金属度稳健，且即使发生多次恒星形成/气体流入事件也得以保持。在此语境下，观测到的 $\Sigma_{max}$ 直接告诉我们反馈在何处失效。