T h e p h y s i c a l o r i g i n o f l o n g - PowerPoint PPT Presentation

T h e p h y s i c a l o r i g i n o f l o n g g a s d e p l e t i o n t i me s i n g a l a x i e s w h y ? V a d i m S e me n o v A n d r e y K r a v t s o v N i c k G n e d i n ( U n i v e r s i t y o f C h i c a g o ) S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 0 4 . 0 4 2 3 9 )

S t a r f o r ma t i o n i s s u r p r i s i n g l y i n e f fi c i e n t 1 . mu c h l o n g e r t h a n a n y r e l e v a n t d y n a mi c a l t i me s c a l e : → t u r b u l e n t c r o s s i n g t i me → g r a v i t a t i o n a l c o l l a p s e t i me → o r b i t a l p e r i o d o f g a l a x y 2 . l o n g e r t h a n l o c a l d e p l e t i o n t i me i n a c t i v e l y s t a r - f o r mi n g r e g i o n s : f e w %

H y d r o d y n a mi c a l s i mu l a t i o n s D ● ~ L - s i z e d i s o l a t e d g a l a x y : e * n M ~ 4 . 3 x 1 0 1 0 M R ~ 3 . 5 k p c , f = 0 . 2 ; Δ = 4 0 p c s i d i s k t d i s k s u n , g a s y ( c ● N - b o d y + h y d r o d y n a mi c s m - 3 w i t h A d a p t i v e Me s h R e fi n e me n t A R T c o d e ) ● Z - d e p e n d e n t h e a t i n g + c o o l i n g a n d s e l f - s h i e l d i n g c a l i b r a t e d a g a i n s t R T s i mu l a t i o n s ( S a f r a n e k - S h r a d e r e t a l 2 0 1 7 ) T e m ● S t a r f o r ma t i o n f e e d b a c k c a l i b r a t e d p e a g a i n s t s u p e r n o v a r e mn a n t s i mu l a t i o n s r a ( Ma r t i z z i e t a l 2 0 1 5 ) t u r e ( K ● S u b g r i d t u r b u l e n c e mo d e l ( S c h mi d t e t a l 2 0 1 4 ) ) S u v b e ● S t a r f o r ma t i o n r e c i p e mo t i v a t e d b y g l o r c i mo l e c u l a r c l o u d s i mu l a t i o n s ( P a d o a n e t a l 2 0 1 2 ; d i t y t s e e a l s o I - T i n g H o ' s t a l k y e s t e r d a y ) u ( k r b m u / l s e ) n t S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 6 , A p J 8 2 6 , 2 0 0 S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3

S i mu l a t i o n r e p r o d u c e s o b s e r v e d d e p l e t i o n t i me s e T o t a l g a s Mo l e c u l a r g a s t a r ) n c o i p t k ma ( s r ) u i o 2 c f d p r a r k a t / c r s i y r f / t o Mi l k y Wa y n n u y e s t c i M ( s o t n B i g i e l e t a l 2 0 0 8 c e a L e r o y e t a l 2 0 1 3 l d a e B i g i e l e t a l 2 0 1 0 G c a f r u S S u r f a c e d e n s i t y o f H I + H S u r f a c e d e n s i t y o f H o n l y 2 2 ( M / p c 2 ) ( M / p c 2 ) s u n s u n S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 0 4 . 0 4 2 3 9 )

S l o w s t a r f o r ma t i o n a s a r e s u l t o f g a s e v o l u t i o n N o n - s t a r - f o r mi n g g a s n o i s r S t a r f o r ma t i o n e p t h r e s h o l d : s i d t y r t i T c o e o m l p e p v e p t r n a u t e l u s F u r e r b s f r ( K e u t ) g + l n S t a r - f o r mi n g g a s ma o r r t e h S t D e n s i t y ( c m - 3 ) S t r o n g e r g r a v i t y S t e a d y s t a t e : s l o w s t a r f o r ma t i o n < = > s ma l l n e t g a s i n fl o w i n t o s t a r - f o r mi n g s t a t e

S l o w s t a r f o r ma t i o n a s a r e s u l t o f g a s e v o l u t i o n N o n - s t a r - f o r mi n g g a s n o i s r S t a r f o r ma t i o n e p t h r e s h o l d : s i d t y r t i T c o e o m l p e p v e p t r n a u t e l u s u r e r b r ( K e u t ) g + l n S t a r - f o r mi n g g a s ma o r r t e h S t D e n s i t y ( c m - 3 ) S t r o n g e r g r a v i t y S t e a d y s t a t e : s l o w s t a r f o r ma t i o n < = > s ma l l n e t g a s i n fl o w i n t o s t a r - f o r mi n g s t a t e

G a s e v o l u t i o n i s r a p i d S u p p l y ( g r a v i t y , c o mp r e s s i o n ) ) s m/ N e t fl u x t n k T T ( e l e i m n u m o e b i p r s s o a r u e t g n e r a p g + w t s n l u i mi h ma r d i e c r y h o ( r t f i K - e a r c ) h a v o t t i l r S c e h v a n g e D e n s i t y ( c m - 3 ) s b R e mo v a l ( f e e d b a c k , e x p a n s i o n ) y a f a c t o r o f s 1 N e t fm u x i s s ma l l d u e t o a 0 g c a n c e l l a t i o n o f ( g M n mi s t r o n g o p p o s i t e fm u x e s : y r r ) o f - r a t S D e n s i t y ( c m - 3 )

L o n g d e p l e t i o n t i me i s a r e s u l t o f r a p i d g a s c y c l i n g n o n - s t a r - f o r mi n g s t a t e ) s m/ t n k ( e l n u r o e b i t r s me r u e t e t a p + t a s r s l i a ma g d p n i y l r t i m a e i r c r o h i f o t - l V r e a t v s D e n s i t y ( c m - 3 ) t o t a l t i me i n s t a r - f o r mi n g s t a t e b e f o r e g a s i s c o n v e r t e d i n t o s t a r s R e q u i r e d # o f c y c l e s : l o n g b e c a u s e o f l a r g e N ( ~ 1 0 - 1 0 0 ) c S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 0 4 . 0 4 2 3 9 )

E x a mp l e o f a p p l i c a t i o n : s e l f - r e g u l a t i o n o f s t a r f o r ma t i o n O r r e t a l ( 2 0 1 7 ) , H o p k i n s e t a l ( 2 0 1 7 ) E f fj c i e n t f e e d b a c k : G l o b a l S F R i s i n d e p e n d e n t o f l o c a l S F e f fj c i e n c y A t s u f fj c i e n t l y h i g h e f fj c i e n c y : b u t s c a l e s w i t h t h e f e e d b a c k s t r e n g t h I n d e p e n d e n t o f e f fj c i e n c y ! S t r o n g e r f e e d b a c k s h o r t e n s t : s f f e e d b a c k s t r e n g t h S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 7 A p J 8 4 5 , 1 3 3 S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 7 b , i n p r e p

S u mma r y R e s o l v e d p u z z l e o f i n e f fj c i e n t s t a r f o r ma t i o n : S i g n i fi c a n t f r a c t i o n o f t i me L a r g e # o f c y c l e s i s r e q u i r e d i s s p e n t i n t h e n o n - s t a r - f o r mi n g s t a t e T h i s f r a me w o r k c a n b e u s e d t o p r e d i c t d e p e n d e n c e o f d e p l e t i o n t i me o n p r o p e r t i e s o f g a l a x i e s a n d p h y s i c s o f l o c a l s t a r f o r ma t i o n a n d f e e d b a c k f e e d b a c k I S M d y n a mi c s p r o p e r t i e s o f G MC s F o r e x a mp l e , i t e x p l a i n s h o w e f fj c i e n t f e e d b a c k s e l f - r e g u l a t e s g l o b a l s t a r f o r ma t i o n r a t e i n s i mu l a t i o n s S e me n o v , K r a v t s o v & G n e d i n 2 0 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 0 4 . 0 4 2 3 9 )