[論文レビュー] A Sino-German 6 cm polarization survey of the Galactic plane II. The region from 129 degree to 230 degree longitude

X. Y. Gao, W. Reich+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 47被引用数 35

ひとこと要約

本論文は、ウルムチ25m電波望遠鏡を用いて、銀河の反中心領域（129° ≤ ℓ ≤ 230°, |b| ≤ 5°）における高分解能（9.5 arcmin）のλ6 cm偏光サーベイを報告する。絶対校正にはWMAP Kバンド（22.8 GHz）データを用い、回転散乱数が最大で約~200 rad m⁻²に達する多数の拡張されたファラデー・スクリーンが検出された。これは長波長では偏光が消去されるため以前に検出されなかった構造を含み、λ6 cmサーベイが銀河間物質内の強い規則的磁場を調べる上で有効であることを示している。

ABSTRACT

Linearly polarized Galactic synchrotron emission provides valuable information about the properties of the Galactic magnetic field and the interstellar magneto-ionic medium, when Faraday rotation along the line of sight is properly taken into account. We aim to survey the Galactic plane at 6 cm including linear polarization. At such a short wavelength Faraday rotation effects are in general small and the Galactic magnetic field properties can be probed to larger distances than at long wavelengths. The Urumqi 25-m telescope is used for a sensitive 6 cm survey in total and polarized intensities. WMAP K-band (22.8 GHz) polarization data are used to restore the absolute zero-level of the Urumqi U and Q maps by extrapolation. Total intensity and polarization maps are presented for a Galactic plane region of 129 degree < l < 230 degree and |b| < 5 degree in the anti-centre with an angular resolution of 9'5 and an average sensitivity of 0.6 mK and 0.4 mK Tb in total and polarized intensity, respectively. We briefly discuss the properties of some extended Faraday Screens detected in the 6 cm polarization maps. The Sino-German 6 cm polarization survey provides new information about the properties of the magnetic ISM. The survey also adds valuable information for discrete Galactic objects and is in particular suited to detect extended Faraday Screens with large rotation measures hosting strong regular magnetic fields.

研究の動機と目的

• 銀河平面をλ6 cmで高分解能かつ高感度でマッピングし、磁場構造および銀河間磁気イオン物質を研究すること。
• 長波長サーベイの限界を克服し、高ファラデー回転が偏光を消去し、拡張磁場構造を隠蔽する問題に対処すること。
• 特に高い回転散乱数（RM）を持つ、長波長では見えない強力な規則的磁場を有する拡張ファラデー・スクリーンを検出・特徴づけること。
• WMAP Kバンドデータを外挿して得た絶対校正を用いて、UおよびQステークスパラメータのゼロレベルを回復し、偏光マップの絶対校正を改善すること。
• 外側銀河ディスク領域における既知の源や磁場構造（例：H II領域や偏光バブル）の物理的性質を調査すること。

提案手法

• 129° ≤ ℓ ≤ 230°および|b| ≤ 5°の範囲で、ウルムチ25m電波望遠鏡を用いて感度の高いλ6 cm全強度および偏光強度サーベイを実施。
• 空間分解能は9.5 arcmin、全強度と偏光強度の平均感度はそれぞれ0.6 mKおよび0.4 mKの輝度温度を達成。
• WMAP Kバンド（22.8 GHz）データから大規模な偏光信号を外挿し、λ6 cmにおける絶対偏光レベルを校正。
• モデルフィッティングを用いて、磁場強度、回転散乱数、距離などの物理的パラメータを推定。
• 偏光位置角（PA）と偏光強度（PI）の距離依存性を分析し、ファラデー・スクリーンの存在とその磁場幾何学的構造を推定。
• 過剰な偏光放射により構造を特定し、低周波数での吸収特徴により確認することで、局所的な磁場構造を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 λ6 cmにおける銀河反中心領域の偏光放射の分布および形状はどのように分布しているか。また、長波長サーベイとはどのような点で異なるか。
• RQ2 どの拡張ファラデー・スクリーンが、高回転散乱数（RM）を持つが、長波長では偏光が消去されるため検出不能であり、λ6 cmでは検出可能か。
• RQ3 G146.4-3.0やペルセウス腕領域のLBN 676, 677, 679といった新規に検出されたファラデー・スクリーンの物理的パラメータ（例：磁場強度、距離、RM）は何か。
• RQ4 W5 や「バタフライ型」H II領域複合体といった既知の構造の偏光特性は、λ21 cmと比較してλ6 cmではどのように変化するか。
• RQ5 局所的なファラデー・スクリーンが観測された偏光構造にどの程度寄与しているか。また、背景放射とどのように区別できるか。

主な発見

• λ21 cmで可視であったW5の前における偏光「レンズ」型ファラデー・スクリーンは、λ6 cmでは偏光が消去され検出不能になるが、その境界付近には新たな偏光構造が出現する。
• モデルフィッティングの結果、LBN 676, LBN 677, およびLBN 679はいずれもペルセウス腕に位置し、0.8 kpcではなく、一貫した前方偏光レベルと磁場方向（LBN 676を除く）を持つ。
• 新たに発見されたファラデー・スクリーンG146.4-3.0は、690 pcに位置する場合、視線方向の磁場強度が約-8.6 μGであると推定されるが、距離が小さい場合にはこれが上限である可能性が高い。
• ℓ ≈ 165°付近に位置する2つの大きな偏光バブルは、λ21 cmでは顕著であるが、λ6 cmでは非常に弱くなる。これは高いRMによる強い偏光消去を示している。
• ℓ = 173°付近に位置する過剰な偏光放射を示す拡張した塊は、「バタフライ型」H II領域複合体に関連し、低周波数で吸収特徴を示す。これは300 pc以内の局所的ファラデー・スクリーンである可能性が高い。
• 大多数のファラデー・スクリーンは周囲に比べて偏光放射が減少しており、これは前方方向からのPA回転によるものと一致する。過剰な放射は、PAの差が最小になる場合にのみ発生する。