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恒星形成于巨型分子云(GMCs)中的致密分子云核中。致密分子云核可以通过大偶极矩的分子,如HCN、HCO+来示踪。恒星形成率(由LIR示踪)和致密分子气体质量(由LHCN1-0示踪)在整体星系中是线性相关的。研究星系中的恒星形成规律是天体物理的前沿。本论文着重研究了近邻星系M51盘上的致密分子气体和恒星形成的关系。在引言中我们介绍了恒星的形成过程、星系的恒星形成率的测量、星系的(致密)分子气体的测量、星系中的(致密)分子气体和恒星形成的关系,以及研究近邻星系M51的优势。本论文通过使用IRAM 30m、NOEMA和JCMT望远镜对近邻星系M51盘上的致密分子气体进行了观测,得到了以下三个方面的结果:一、我们使用IRAM 30m望远镜对M51星系盘上示踪致密分子气体的HCN J=1-0谱线进行了 1 kpc尺度空间分辨率的成图观测,首次展示了星系M51 HCN J=1-0谱线积分强度在星系盘上的分布。结合红外数据计算得到的恒星形成率分布,我们发现星系M51中致密分子气体的恒星形成效率(LIR/LHCN1-0)在星系中心处比旋臂处低。这或许可以通过以下原因来解释:(1)星系中心的湍流比旋臂处更强,而强湍流抑制了星系中心恒星的形成;(2)旋臂处金属丰度比星系中心低,而低金属丰度导致了单位质量致密分子气体的HCN J=1-0发射强度变弱,从而导致在旋臂处测得的LIR/LHCN1-0偏高。二、我们利用NOEMA干涉阵望远镜对星系M51外围旋臂上分子云集合的HCN J=1-0和HCO+J=1-0谱线进行了的100 pc空间分辨率的观测,得到了 6个分子云集合的致密分子气体谱线光度。通过比较不同尺度天体(十几kpc的星系、1 kpc左右的星系盘上局部区域、100pc左右的分子云集合和1 pc左右的银河系内分子云核)的致密分子气体质量(LHCN1-0)和恒星形成率(LIR)的关系,我们发现LHCN1—0和LIR的线性相关性在空间尺度小至100 pc的分子云集合中依然成立。同时,我们发现有大质量恒星正在形成的分子云集合的致密分子气体的恒星形成效率(LIR/LHCN1-0和LIR/LHCo+1-0)相对较高。三、我们还首次利用JCMT望远镜观测了 M51星系内盘示踪极致密分子气体的HCN J =4-3和HCO+J =4-3谱线。我们发现M51星系内盘的LIR和LHCN4-3的相关关系符合整体星系的相关性趋势。然而,M51星系内盘的LIR和LHCN1-0的相关关系偏离整体星系的相关性趋势(M51星系内盘的LHCN1-0偏大)。同时,我们研究了亮红外星暴后星系,SDSS J144816.04+173305.9,停止星暴活动的原因。我们利用IRAM 30m望远镜对该星暴后星系的12CO 1-0、13CO 1-0和12CO 2-1谱线进行了观测,发现12CO 1-0和13CO 1-0的光度比(17,4)比一般星系盘上的值(～6)大2倍,达到了和星暴星系类似的值。光薄的13CO 1-0谱线比光厚的12CO 1-0谱线更能反映分子气体的质量。因此我们用12CO 1-0光度估计该星暴后星系的分子气体质需要使用星暴星系的CO-to-H2转换因子。若对该星暴后星系使用一般星系盘上的转换因子会高估分子气体的质量。通过比较分子气体质量和恒星形成率,我们发现该星暴后星系符合 Kennicutt-Schmidt 定律。