星系中的 X 因子：I. 对环境与尺度的依赖性

表征一氧化碳（CO）辐射与分子氢柱密度之间的转换因子 $X_{CO}$，对于研究星系的气体含量、其演化以及与恒星形成的关系至关重要。在大多数情况下，除并合星系和星暴星系外，该转换因子通常被假定为接近银河系巨型分子云（GMCs）的值。然而，有物理依据表明，该因子也应依赖于气体金属丰度、表面密度以及星际辐射场的强度。由于分辨率受限的影响，$X_{CO}$ 因子可能还依赖于 CO 辐射的平均尺度。我们利用一种模型研究了 $X_{CO}$ 对气体性质和平均尺度的依赖性，该模型结合了亚秒差距尺度磁流体动力学模拟的结果以及星系形成自洽宇宙学模拟中的气体分布。我们的模型预测，对于典型的银河系星际介质条件，$X_{CO}$ 的值与银河系值一致。在此类条件下，当气体表面密度在 $\sim 50 - 500 \ M_{\odot} / pc^2$ 范围内变化时，预测的 $X_{CO}$ 仅变化约两倍。然而，该模型还预测，在更广泛的 GMC 尺度上，$X_{CO}$ 是金属丰度的强函数，并依赖于柱密度和星际紫外通量。我们明确表明，在观测估计中忽略这些依赖性会强烈地使推断出的分子云 $H_2$ 柱密度分布产生偏差，使其范围比真实分布更窄且发生偏移。我们发现，当在 $\sim kpc$ 尺度上平均时，X 因子仅微弱依赖于辐射场和柱密度，但仍然是金属丰度的强函数。预测的金属丰度依赖性可近似为 $X_{CO} \sim Z^{-{\gamma}}$，其中 ${\gamma} \sim 0.5 - 0.8$。