星系中的恒星形成与反馈

星系以其气体含量决定的速率将冷气体转化为恒星，而这些恒星释放的能量则调节并有时阻止进一步的恒星形成。

Definition

星系中的恒星形成是将冷的星际气体转化为恒星的过程，而反馈则是恒星和吸积黑洞将能量、动量和富集物质返回到周围气体的过程，两者共同决定了星系形成恒星的速度和持续时间。

Scope

本主题涵盖了将气体密度与恒星形成速率联系起来的经验恒星形成定律，气体转化为恒星的低效率，大质量恒星和超新星注入的能量和动量，活动星系核在反馈中的作用，以及反馈如何塑造星系的质量和气体含量。

Core questions

• 星系的气体含量与其恒星形成速率之间有什么关系？
• 为什么恒星形成在星系尺度上效率如此低下？
• 超新星和大质量恒星如何将能量反馈到星际介质中？
• 反馈如何调节星系的生长和熄灭？

Key theories

肯尼卡特-施密特定律

星系单位面积的恒星形成速率与其气体表面密度呈幂律关系，这是一个经验关系，总结了气体如何在星系中转化为恒星。

恒星反馈

大质量恒星的辐射、星风和超新星爆发加热并驱散气体，限制了恒星形成效率并驱动了星系外流。

反馈调节的星系生长

模型需要结合恒星和黑洞反馈才能再现观测到的星系质量函数，防止在小型和大型星系中形成过多的恒星。

Clinical relevance

恒星形成和反馈决定了星系的可见特性、其气体的化学富集度以及星系停止增长时的质量；正确捕捉反馈是模拟真实星系的核心挑战。

History

施密特在20世纪中叶提出的将气体密度与恒星形成联系起来的定律，于1998年由肯尼卡特在坚实的观测基础上得以确立。随着模拟技术的成熟，认识到超新星和活动星系核的反馈对于再现真实星系至关重要，这成为了该领域的一个标志性主题。

Key figures

• Robert Kennicutt
• Maarten Schmidt
• Thorsten Naab
• Jeremiah Ostriker

Seminal works

• kennicutt1998
• kennicutt2012
• naab2017

Frequently asked questions

为什么星系不会将所有气体都转化为恒星？

恒星形成是自我限制的。年轻大质量恒星和超新星的能量和动量会加热并吹散周围的气体，因此每个轨道周期内只有一小部分星系气体转化为恒星。

星系形成中的反馈是什么？

反馈是恒星和吸积黑洞将能量和物质返回到周围气体的过程。它调节恒星形成，驱动外流，并且对于解释为什么星系没有比观测到的质量大得多至关重要。