百秒差距尺度观测揭示更陡的恒星形成规律

天文学家常用恒星形成率面密度与气体面密度之间的幂律关系描述星系如何把气体转化成恒星。对整个正常盘星系或千秒差距尺度区域取平均时，分子气体关系的斜率通常接近1，意味着分子气体耗尽时间大致恒定；但银河系分子云的高分辨率研究经常得到约1.6至2或更陡的关系。

这项研究把尺度缩小到邻近星系内约100秒差距的HⅡ区。样本包括NGC 628、NGC 5194和NGC 5236三座星系，分析集中在各星系内侧约3.5千秒差距、分子气体占优势的区域。研究目标是判断这些HⅡ区更像千秒差距尺度的星系盘，还是更接近银河系分子云。

团队结合哈勃与韦布成像以及地面毫米波一氧化碳数据。Hα复合线追踪未被尘埃遮蔽的年轻恒星，韦布MIRI的21微米辐射补充被尘埃吸收后重新辐射的恒星形成，毫米波CO图则用于估算分子气体面密度。多波段数据经过对齐后在相同区域内比较。

分析中特别处理了HⅡ区下方的弥散星系背景。论文指出，21微米弥散辐射与星系恒星质量相关，若把它全部计入当前局部恒星形成，就会改变关系的斜率。团队按HⅡ区测光方法去除弥散光，使测量更集中于选定恒星形成区及其对应分子气体。

在约100秒差距尺度上，恒星形成率面密度与分子气体面密度的对数关系斜率约为1.85，明显高于邻近星系整体或千秒差距尺度常见的接近线性结果，却接近银河系分子云研究得到的范围。较陡斜率意味着分子气体面密度增加时，恒星形成率面密度上升得更快。

团队把数据重新处理到约500秒差距尺度后，较陡关系仍然存在。论文认为，高分辨率影像能够把明亮恒星形成区与底层弥散辐射更清楚地分开，是结果区别于许多以往研究的重要原因；因此，空间尺度和背景处理方式是比较不同“恒星形成定律”时不可忽略的条件。

研究还把本地HⅡ区与高红移恒星形成团块、低红移和高红移星暴星系放在一起比较，发现它们可在跨越约三个数量级的气体面密度上形成连续序列。不过，这并不证明所有星系都服从一个无散布的固定常数，样本选择和气体质量转换仍会影响比较。

论文与多种恒星形成模型的比较没有给出唯一答案。模型大致覆盖100秒差距数据所在区域，却难以同时重现观测散布；带有气体密度概率分布幂律尾的模型可能更接近数据，但允许的自由参数范围很大。结论因此只适用于当前三座邻近星系样本，斜率1.85不能直接写成全宇宙普适常数。