[論文レビュー] Atomic Fluorescence and Prospects for Observing Magnetic Geometry Using Atomic Magnetic Realignment

K. H. Nordsieck|ArXiv.org|Sep 22, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、蛍光放出線における原子的磁気的再配列を用いて、希薄で中性の銀河間媒体における3次元磁場幾何構造を調べる手法を提案する。反射星雲NGC2023におけるOI、NI、SiII、FeIIの線からの線形偏光の中心対称パターンからのずれを検出することで、磁場の向きと強さが明らかになった。観測された等価幅は、大多数の線で予測値と2倍以内の一致を示し、これはこの手法が新たな分光偏光診断法として有効であることを裏付けている。

ABSTRACT

Yan and Lazarian have proposed a new technique through which the magnetic field geometry in the diffuse interstellar medium, or in circumstellar matter, could be determined from the linear polarization of interstellar absorption or fluorescence emission lines from ions pumped by an anisotropic illuminating flux. New long-slit spectroscopic observations of the reflection nebula NGC2023, obtained with the Southern African Large Telescope Robert Stobie Spectrograph (RSS), have detected a number of atomic fluorescence lines of OI, NI, SiII, and FeII for the first time in a neutral medium. A model which predicts these lines and others illustrates which lines would be appropriate targets for an RSS spectropolarimetric investigation of this new diagnostic.

研究の動機と目的

• 希薄銀河間媒体および周囲星周囲環境における3次元磁場幾何構造を調べるための新しい診断技術を開発すること。
• 地上の中程度分解能分光偏光計を用いて、原子蛍光線における磁気的再配列信号を検出する可能性を実証すること。
• 磁気的再配列および磁場効果に感受性を示す、NGC2023における主要な蛍光放出線を特定・測定すること。
• 中性星雲領域における磁場マップを構築するための今後の分光偏光観測のフレームワークを提供すること。

提案手法

• Stenflo (1994) の反射偏光式を用いて蛍光線偏光をモデル化し、角運動量量子数に依存する極性率E₁を用いる。
• アライメント誘発偏光ずれΔPAをU⊥(θ, θB) = p sin(2ΔPA)として計算し、ここでpは全偏光度、ΔPAは中心対称位置角からのずれである。
• MgII (E₁ = 50%) などのアライメント不能イオンを用いて散乱角θを推定し、E₁ = 0（例：MgII λ9244）の線を用いて前方の銀河間偏光を測定・差し引く。
• F ≥ 1 または J ≥ 1 を満たす、OI、AlII、TiII、CrII、FeII などのアライメント可能なイオンを特定し、磁気的再配列による偏光非対称性を示す。
• UV励起線の光学的厚さ効果を評価するため、UV励起線の捕獲（τUV ≫ 1）をモデル化し、共鳴線が捕獲されるとアライメントが偏光化されなくなる可能性を検討する。
• SALT RSS分光偏光計をファブリ・ペロー方式で使用し、NGC2023全域でU⊥(max)をマッピングし、磁場再構築を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反射星雲の可視光スペクトルにおいて、蛍光放出線における原子的磁気的再配列が検出可能か。
• RQ2 NGC2023におけるOI、NI、SiII、FeII線の観測等価幅は、蛍光励起の理論的予測とどの程度一致するか。
• RQ3 蛍光線における中心対称でない偏光位置角のずれが、3次元磁場幾何構造をどのように明らかにするか。
• RQ4 UV励起線における光学的厚さが、磁気的再配列信号の抑制または歪みに及ぼす影響は何か。
• RQ5 AlII や MgII などのイオンの中で、今後の分光偏光観測において磁場マップ作成に最適なターゲットは何か。

主な発見

• SALT RSS分光計を用いて、NGC2023の反射星雲で、中性媒体におけるOI、NI、SiII、FeIIの蛍光線からの最初の検出が達成された。
• NGC2023における主要な蛍光線の観測等価幅は、理論的予測と2倍以内の一致を示したが、OI λ6048はFeIIである可能性があり、MgII λλ8115/8120は検出されず、おそらくは堆積によるものと推測される。
• モデルは、検出可能なAlII λ8641 Åと、強度の高いMgII線（9221および9244 Å）を予測しており、これらは今後の分光偏光フォローアップの最適ターゲットである。
• 検出されたイオンの中で、OI、AlII、TiII、CrII、FeIIはアライメント可能であり、磁気的再配列に感受性を示すが、MgIIとSiIIはそうではない。
• 磁気的再配列による偏光信号は、非中心対称な位置角パターンを生じさせ、これは標準的な反射偏光とは明確に区別できる。
• 中程度分解能分光偏光計（R ≥ 5,000）を用いることで、この手法は実用的であり、特に共鳴線が捕獲されない場合、従来の予想よりも光学的厚さ効果にあまり敏感でないことが判明した。