[論文レビュー] A Re-examination of the Distribution of Galactic Free Electrons

Gilberto C. Gómez, Robert A. Benjamin+1 more|ArXiv.org|May 23, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 84被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、独立した距離測定を持つ109個のパulsarを用いた更新されたサンプルを用いて、銀河系の自由電子の分布を再評価する。2成分の軸対称モデルを提案し、指数関数的垂直プロファイルを採用。局所的な中平面密度はそれぞれ2.03×10⁻² cm⁻³および0.71×10⁻² cm⁻³であり、スケール高さは1.07 kpcおよび0.053 kpcである。厚い成分は半径方向にほとんど変化がなく、薄い成分は数キロパーセクの短い半径スケール長を持つ。

ABSTRACT

We present a list of 109 pulsars with independent distance information compiled from the literature. Since the compilation of Frail & Weisberg, there are 35 pulsars with new distance estimate and 25 pulsars for which the distance or distance uncertainty have been revised. We used this data to fit a smooth, axisymmetric, two disk model of the distribution of galactic electrons. The two exponential model components have mean local midplane densities at the solar circle of 2.03e-2 cm^-3 and 0.71e-2 cm^-3, and scale heights of 1.07 and 0.053 kpc. The thick component shows very little radial variation, while the second has a radial scale length of only a few kiloparsecs. We also examined a model which varies as sech^2(x), rather than exp(-x), in both the radial and vertical direction. We prefer this model with no midplane cusp, but find that the fit parameters essentially describe the same electron distribution. The distances predicted by this distribution have a similar scatter as the more complex model of Taylor & Cordes. We examine the pulsars that deviate strongly from this model. There are two regions of enhanced dispersion measure, one of which correlates well with the Sagittarius-Carina spiral arm. We find that the scatter of the observed dispersion measure from the model is not fit well by either a normal or log-normal distribution of lump sizes, but may be caused instead by the uncertainties in the distances.

研究の動機と目的

• 独立して測定された距離を持つより大きな最新のパulsarデータセットを用いて、銀河系の自由電子分布のモデルを更新すること。
• Frail & Weisberg (1990)以降の新しい距離測定と見直された不確実性を踏まえて、Taylor & Cordes (1993)モデルの妥当性を検証すること。
• 観測された分散測定値の散らばりが、温いイオン化媒体内の固有の塊構造に起因するのか、それとも距離測定の不確実性に起因するのかを調査すること。
• 中平面にクッションがないようにするため、sech²(r)およびsech²(z)関数を含む代替の電子密度プロファイルを検討すること。
• 異常な分散測定値を示す領域を同定し、サジタリウス・カリーナ腕などの既知の渦巻き腕構造と相関させること。

提案手法

• 文献から得た109個のパulsarの独立した距離推定値のデータセットを構築。Frail & Weisberg (1990)以降に35件の新規測定と25件の再評価距離が含まれる。
• 観測された分散測定値とパulsar距離に、指数関数的垂直および半径方向プロファイルを有する2成分の軸対称モデルを適合。
• 標準的な指数関数的モデルとは異なり、中平面のクッションを避けるためにsech²(r)およびsech²(z)関数形を代替として使用。
• 予測された距離と観測された距離の比較を通じて、新しい軸対称モデルとTaylor & Cordesモデルの予測能力を評価。
• 分散測定値の残差を分析し、散らばりが正規分布または対数正規分布の塊サイズ分布に適合するかどうかを評価。
• WHAM Hα調査データと更新されたHII領域カタログを活用し、渦巻き腕構造を情報提供し、モデル制約を強化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 35件の新規および25件の再評価パulsar距離測定の組み込みが、のちに銀河系内の自由電子分布の推定にどのように影響するか。
• RQ2 モデル予測値周辺の分散測定値の散らばりが、電子密度フラクチュエーションの正規分布または対数正規分布に従うか。
• RQ3 sech²(r)およびsech²(z)プロファイルを有する2成分の軸対称モデルが、標準的な指数関数的モデルよりも電子分布をよりよく記述できるか。
• RQ4 分散測定値のずれが、サジタリウス・カリーナ腕などの既知の渦巻き腕構造とどの程度相関するか。
• RQ5 観測距離と予測距離の乖離は、主に距離推定の不正確さに起因するのか、それとも温いイオン化媒体内の固有の不均一性に起因するのか。

主な発見

• 2成分モデルは、厚いディスク成分で2.03×10⁻² cm⁻³、薄いディスク成分で0.71×10⁻² cm⁻³の局所的中平面電子密度を示し、スケール高さはそれぞれ1.07 kpcおよび0.053 kpcである。
• 厚いディスク成分は半径方向にほとんど変化がなく、薄いディスク成分は数キロパーセクの短い半径スケール長を持つ。
• 中平面のクッションがないことから、sech²(r)およびsech²(z)モデルは指数関数的モデルよりも好まれるが、ほぼ同一のパラメータで同じ電子分布を記述できる。
• 新しいモデルからの予測距離は、より複雑なTaylor & Cordesモデルと同等の散らばりを示し、同程度の予測精度を持つことが示された。
• 2つの分散測定値が著しく高い領域が特定され、そのうちの1つはサジタリウス・カリーナ渦巻き腕と強く相関しており、局所的な電子密度の増加を示唆している。
• 観測された分散測定値の散らばりは、正規分布または対数正規分布の塊サイズ分布にうまくフィットしないが、むしろ主にパulsar距離推定の不確実性に起因している可能性がある。