SILCC（模拟分子云生命周期）项目：I. 超新星驱动星际介质的化学演化

SILCC 项目（SImulating the Life-Cycle of molecular Clouds）旨在更自洽地理解小尺度上的星际介质（ISM）及其与星系演化的联系。我们在星系盘的一个 500 pc x 500 pc x 10 kpc 区域内模拟了多相 ISM 的演化，其气体面密度为 $\Sigma_{_{\rm GAS}} = 10 \;{\rm M}_\odot/{\rm pc}^2$。Flash 4.1 模拟包含了外部引力势、自引力、磁场、加热与辐射冷却、考虑（自）屏蔽的 H$_2$ 和 CO 随时间变化的化学过程，以及超新星（SN）反馈。我们探索了在不同（固定）速率下的 SN 爆发：在高密度区域（峰值）、在随机位置（随机）、两者的结合（混合），或在空间和时间上的聚集（聚集）。只有带有自引力的随机或聚集模型（两者演化相似）与观测相符。分子氢在致密纤维状结构和团块中形成，占总质量的 20% - 40%，而大部分质量（55% - 75%）以原子氢的形式存在。电离气体贡献 <10%。对于高 SN 率（高于 Kennicutt-Schmidt 0.5 个 dex）以及峰值和混合驱动，H$_2$ 的形成受到强烈抑制。同样，在没有自引力的情况下，H$_2$ 比例也显著降低（$\sim$ 5%）。大部分体积充满热气体（$\pm$2 kpc 内约 90%）。只有对于随机或聚集驱动，垂直膨胀的原子氢温分量才表明存在喷泉流。磁场对最终的盘结构影响甚微。然而，它们会影响致密气体（$n\gtrsim 10\;{\rm cm}^{-3}$）并延迟 H$_2$ 的形成。我们强调，单个化学物种，特别是原子氢，分布在不同的 ISM 相中，无法通过简单的基于温度或密度的相截断来准确计算。