Cloud-scale Gas Properties, Depletion Times, and Star Formation Efficiency per Freefall Time in PHANGS–ALMA
Adam K. Leroy, Jiayi Sun, Sharon E. Meidt, Oscar Agertz, I-Da Chiang, Jindra Gensior, Simon C. O. Glover, Oleg Y. Gnedin, Annie Hughes, Eva Schinnerer, Ashley T. Barnes, Frank Bigiel, Alberto D. Bolatto, Dario Colombo, Jakob S. den Brok, Mélanie Chevance, Ryan Chown, Cosima Eibensteiner, Damian R. Gleis, Kathryn Grasha, Jonathan D. Henshaw, Ralf S. Klessen, Eric W. Koch, Elias K. Oakes, Hsi-An Pan, Miguel Querejeta, Erik Rosolowsky, Toshiki Saito, Karin Sandström, Sumit K. Sarbadhicary, Yu-Hsuan Teng, A. Usero, Dyas Utomo, Thomas G. Williams
Abstract
Abstract We compare measurements of star formation efficiency to cloud-scale gas properties across the PHANGS– ALMA sample. Dividing 67 galaxies into 1.5 kpc scale regions, we calculate the molecular gas depletion time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">dep</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo mathvariant="normal">Σ</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo mathvariant="normal">Σ</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">SFR</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> and the star formation efficiency per freefall time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>ϵ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">ff</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">ff</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">dep</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> for each region. Then we test how <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">dep</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>ϵ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">ff</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> vary as functions of the regional mass-weighted mean molecular gas properties on cloud scales (60–150 pc): gas surface density, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mo mathvariant="normal">Σ</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">cloud</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo> </mml:math> , velocity dispersion, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>σ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">mol</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">cloud</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo> </mml:math> , virial parameter, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>α</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">vir</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">cloud</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo> </mml:math> , and gravitational freefall time, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">ff</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">cloud</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">〉</mml:mo> </mml:math> . <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">〈</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">ff</mml:m