星系中的X因子 II. 分子氢与恒星形成的关系

大量观测证据表明，恒星形成率面密度Sigma_SFR与分子氢面密度Sigma_H2密切相关。这种经验关系既适用于星系尺度的平均值，也适用于星际介质中≥kpc大小的独立区域，但在亚kpc尺度上似乎显著退化。确定观测到的Sigma_H2-Sigma_SFR关系的尺度依赖特性的物理机制在理论上仍然是一个挑战。为了解决这个问题，我们使用一组峰值分辨率约100 pc的宇宙学星系形成模拟，分析了Sigma_H2-Sigma_SFR关系的斜率和弥散。这些模拟包括分子氢的化学网络、CO发射模型以及一个简单的、随机性的恒星形成处方（在约100 pc尺度上运行）。具体来说，恒星形成被建模为一个泊松过程，其中平均SFR与当前的H2质量成正比。我们的数值模型的预测与观测到的Kennicutt-Schmidt关系和Sigma_H2-Sigma_SFR关系吻合良好。我们表明，基于CO发射的观测不适合在亚kpc尺度上可靠地测量低H2面密度（<20 M_sun pc^-2）下后一关系的斜率。我们的模型还预测，由于CO/H2转换因子对面密度的依赖性，推断出的Sigma_H2-Sigma_SFR关系在高H2面密度处变陡。最后，我们表明在亚kpc尺度上，该关系的大部分弥散是恒星形成过程中离散性效应的结果。相比之下，CO/H2转换因子的变化是超kpc尺度上测量到的弥散的主要原因。