恒星形成何时具有间歇性？一个含时滞微分方程的负反馈模型

我们引入了一个描述星系中恒星形成的微分方程，该方程包含了具有时滞的负反馈机制。当反馈是瞬时的，解会趋向于一个自限制平衡态。当时滞存在时，即使反馈为负，解也可能表现出循环和间歇性行为。我们发现，周期性或间歇性恒星形成仅在满足两个条件时发生：首先，时滞时间尺度必须超过云团消耗时间尺度；其次，反馈必须足够强。这一陈述在定量上等价于要求趋向平衡的时间尺度大于云团消耗时间尺度的约两倍。预测的振荡周期约为时滞时间尺度的 4 倍。振荡幅度随反馈强度和时滞时间的增加而增大。我们讨论了时滞微分方程 (DDE) 模型在以云团密度为变量的星系恒星形成中的应用。DDE 模型最适用于气体循环且仅缓慢移除气体的系统。基于时滞时间与观测估计的间歇事件间隔时间相关的条件，我们提出了可能的时滞机制。针对星系中心（周期 P ~ 10 Myr）、不规则星系（P ~ 100 Myr）和银河系盘（P ~ 2 Gyr）中解释间歇性恒星形成的提议时滞尺度，可能分别对应于大质量恒星形成后激发湍流的时间、被推入晕区的气体返回并与盘相互作用的时间，以及螺旋密度波演化的时间。