[論文レビュー] A Sino-German 6cm polarization survey of the Galactic plane IV. The region from 60deg to 129deg longitude

Xiao Li, J. L. Han+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、ウルムチ25m電波望遠鏡を用いて60°から129°の銀経における銀河平面の高分解能λ6 cm偏光サーベイを提示し、WMAPデータの外挿を用いて大規模な偏光構造を回復した。本研究では、2つの新しいH II領域を特定し、Faradayスクリーンモデルに整合するH II領域周辺の偏光消失特徴を明らかにした。また、内銀河における高 turbulence による小スケール偏光揺動の増幅を発見し、銀河磁場とその拡散銀河間媒体および離散的対象との相互作用に関する新たな知見を提供した。

ABSTRACT

Linear polarization of diffuse Galactic emission is a signature of magnetic fields in the interstellar medium of our Galaxy. Observations at high frequencies are less affected by Faraday depolarization than those at lower frequencies and are able to detect polarized emission from more distant Galactic regions. We attempt to perform a sensitive survey of the polarized emission from the Galactic disk at 6 cm wavelength. We made polarization observations of the Galactic plane using the Urumqi 25-m telescope at 6 cm covering the area of 60deg< l <129deg and |b|<5deg. Missing large-scale structures in polarization were restored by extrapolation of the WMAP polarization data. We present the 6cm total intensity and linear polarization maps of the surveyed region. We identify two new extended HII regions G98.3-1.6 and G119.6+0.4 in this region. Numerous polarized patches and depolarization structures are visible in the polarization maps. Depolarization along the periphery of a few HII complexes was detected and can be explained by a Faraday screen model. We discuss some prominent depolarization HII regions, which have regular magnetic fields of several $μ$G. Structure functions of U, Q and PI images of the entire 6cm survey region of 10deg< l < 230deg exhibit much larger fluctuation power towards the inner Galaxy, which suggests a higher turbulence in the arm regions of the inner Galaxy. The Sino-German 6cm survey reveals new properties of the diffuse magnetized interstellar medium. The survey is also very useful for studying individual objects such as HII regions, which act as Faraday screens and have high rotation measures and therefore strong regular magnetic fields inside the regions.

研究の動機と目的

• 銀河平面における全強度および線形偏光のλ6 cmマッピングを通じて、銀河間媒体内の磁場構造および強度を研究すること。
• WMAP Kバンド偏光データの外挿を用いて、大規模な偏光構造回復の限界を克服し、散乱放射マップの忠実性を向上させること。
• 拡張されたH II領域および偏光構造を特定・特徴づけること、特にFaradayスクリーンとして機能するものに焦点を当てる。
• 構造関数解析を用いて、異なる銀経における偏光放射の揺動特性を分析すること。
• 磁場乱流、銀河スパイラル腕構造、および偏光放射の形状との関係を調査すること。

提案手法

• 60° ≤ l ≤ 129°および|b| ≤ 5°の範囲で、ウルムチ25m電波望遠鏡を用いてλ6 cm偏光観測を実施し、9.5′の空間分解能を達成した。
• WMAP5年間Kバンド偏光データを外挿することで、欠落している大規模なUおよびQ成分を回復し、拡散放射マップの忠実性を向上させた。
• Faradayスクリーンモデルを用いて、H II領域周辺の偏光消失特徴を解釈し、視線方向の磁場強度を推定した。
• U、Q、およびPIマップに対して構造関数解析（F ∝ A(Δθ)^n）を適用し、偏光放射の揺動パワーとスケール依存性を定量的に評価した。
• スパイラル腕接線に沿った縦断的セクションに分割し、調査領域内の揺動パワーの空間的変動を分析した。
• 構造関数計算から、超新星残骸に起因する整合的構造を除外し、拡散媒体の揺動を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 60°から129°の銀経における銀河平面のλ6 cmサーベイで、どのような新しい拡張H II領域や偏光構造が明らかになったか？
• RQ2 H II領域周辺の偏光消失特徴はFaraday回折とどのように関係しており、それらから推定される視線方向の磁場強度はどの程度か？
• RQ3 偏光放射の揺動パワーは、異なる銀経でどのように変化し、これは銀河間媒体内での乱流に何を示唆するか？
• RQ4 銀河腕および腕間領域における大規模な磁場が、λ6 cmにおける観測された偏光構造にどの程度影響を与えているか？
• RQ5 U、Q、およびPIマップの構造関数のべき乗則指数（n）および振幅は、内銀河と外銀河でどのように変化し、それらの変化は磁場の形状に何を示唆するか？

主な発見

• 調査領域内で2つの新しい拡張H II領域、G98.3−1.6およびG119.6+0.4が特定された。
• 複数のH II領域周辺で偏光消失特徴が検出され、Faradayスクリーンとしてモデル化された。視線方向の磁場強度は数μG程度であった。
• 構造関数解析により、U、Q、およびPIマップにおける揺動パワー（A）が内銀河（例：100° ≤ l ≤ 130°）で顕著に高く、腕領域における乱流の増幅を示していることが判明した。
• すべての偏光成分における構造関数のべき乗則指数（n）は、すべての領域で約0.5を維持しており、30′から3°のスケールで偏光構造が自己同様性を示していることを示唆している。
• 大きな銀経（例：160° ≤ l ≤ 200°）における揺動パワーの低さは、弱い偏光放射と相関しており、反中心領域ではランダム磁場が支配的であることを示唆している。
• 数度の角サイズを持つ大規模な偏光パッチが検出され、それらはおそらく1 kpc以内の近くの離散的特徴を表していると考えられる。