由星系多相 ISM 模拟得到的 X_CO 转换因子

CO(J=1-0) 谱线发射是分子气体广泛使用的观测示踪剂，这使得 X_CO 因子至关重要，它被用于将 CO 亮度转换为 H_2 质量。我们使用数值模拟研究 X_CO 如何依赖于数值分辨率、非稳态化学、物理环境和观测光束大小。我们的研究采用了太阳邻域条件下的星系盘三维磁流体力学 (MHD) 模拟，其中恒星形成和三相星际介质 (ISM) 由引力和恒星反馈自洽调节。通过对 MHD 模拟进行化学和辐射转移后处理，获得了合成 CO 图。我们发现 CO 仅是 H_2 的近似示踪剂。在秒差距尺度上，W_CO 更根本上是质量加权体积密度的量度，而非 H_2 柱密度。然而，$\langle X_\mathrm{CO} \rangle=0.7-1.0\times10^{20}~\mathrm{cm^{-2}K^{-1}km^{-1}s}$ 与观测结果一致，且在假设稳态化学的情况下，对演化的 ISM 状态或辐射场强度不敏感。由于非稳态化学，较年轻的分子云具有略低的 X_CO 以及比老云更平缓的 X_CO 随消光变化的剖面。CO-dark H_2 比例为 26-79%，与平均消光呈负相关。随着观测光束大小从 1 pc 增加到 100 pc，X_CO 增加了约 2 倍。在太阳邻域条件下，分子云中的 X_CO 在 2 pc 的数值分辨率下收敛。然而，即使在 1 pc 的数值分辨率下，总 CO 丰度和亮度仍未收敛。我们的模拟成功再现了观测到的 X_CO 在秒差距尺度上的变化，以及 X_CO 对消光和 CO 激发温度的依赖关系。