[論文レビュー] Dispersion of velocity gradients: Mapping magnetization with the Velocity Gradient Technique

A. Lazarian, Ka Wai Ho+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、速度中心とブロック平均を用いた速度勾配法（VGT）の新規応用を紹介し、星間磁場をマッピングする。アルフレーブ・マッハ数と速度勾配の向きの分散、およびピーク対ベース振幅比との間で強く頑健な相関が示され、乱流星間媒体における磁場強度および方向の信頼性の高い推定が可能となり、VChGと銀河の回転曲線を組み合わせることで3次元磁場マッピングへの応用が可能となる可能性を示す。

ABSTRACT

Recent developments of the Velocity Gradient Technique (VGT) show that the velocity provides a robust measure of magnetic field direction. In this paper, we use velocity centroids as the measures of velocity and propose a new way of studying media magnetization. We use the block averaging technique in Yuen & Lazarian (2017a) and demonstrate that the properties of the distribution of the directions of velocity gradients provide a reliable estimate the magnetization of the interstellar media. Guided by the theory of MHD turbulence, we find a robust correlation between Alfvenic Mach number and both the dispersion of velocity gradient orientation within the block as well as with the peak to base ratio of the amplitudes within the distribution. We apply our techniques for a selected GALFA-HI region and find that the distribution of magnetization obtained is in good agreement. We show that, combined with the velocity dispersion along the line of sight direction, our new techniques are capable to measure the local magnetic field strength. We argue that this technique is also applicable to another measure of velocity gradients, namely, Velocity Channel Gradients (VChGs), and that using the VChGs together with the Galactic rotation curve, one can obtain the 3D map of magnetic field strength. The new techniques open a way to measure magnetization using other gradient measures such as synchrotron intensity gradients (SIGs) and synchrotron polarization gradients (SPGs).

研究の動機と目的

• 速度中心と速度勾配向き分布を用いた星間磁場の推定のための頑健な手法の開発。
• 磁気力学的（MHD）乱流媒体における観測可能な速度勾配統計と磁場特性との間の信頼性の高い関係の確立。
• 線路上の速度分散に加え、勾配向きの分散を組み合わせることで、局所的な磁場強度の測定が可能となることの実証。
• より広範な天文学的応用を目的として、同期放射強度や偏光勾配などの他の勾配量へのVGTの適用拡張。

提案手法

• 従来の速度チャンネル差の代わりに、主に速度中心を速度測定の主要指標として用いる。
• Yuen & Lazarian (2017a) が提案したブロック平均法を用い、空間的に平均化された速度勾配分布を計算する。
• 各ブロック内における速度勾配向きの分散を分析し、磁場の整列状態と磁場強度を推定する。
• 速度勾配向き分布のピーク対ベース振幅比を、アルフレーブ・マッハ数の代理指標として定量化する。
• 線路上の速度分散と勾配向き分散を組み合わせることで、局所的な磁場強度を推定する。
• 本手法を速度チャンネル勾配（VChGs）に拡張し、銀河の回転曲線と統合することで、3次元磁場マッピングへの応用を提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 速度勾配向きの分散は、乱流星間媒体における磁場強度推定に信頼性を持って使えるか？
• RQ2 速度勾配分布のピーク対ベース振幅比は、アルフレーブ・マッハ数とどのように相関するか？
• RQ3 線路上の速度分散と勾配向き分散の組み合わせは、正確な局所的磁場強度推定を可能にするか？
• RQ4 本手法は、同期放射強度や偏光勾配などの他の勾配ベース観測量へどの程度一般化可能か？

主な発見

• 空間的ブロック内における速度勾配向きの分散とアルフレーブ・マッハ数との間に強く頑健な相関が確認された。
• 速度勾配向き分布のピーク対ベース振幅比も、アルフレーブ・マッハ数と強く測定可能な相関を示した。
• 本手法を用いて選択したGALFA-HI領域の磁場強度分布は、期待される物理的挙動と良好に一致した。
• 線路上の速度分散と組み合わせることで、本手法は局所的な磁場強度の推定を可能にした。
• 本手法は速度チャンネル勾配（VChGs）へも拡張可能であり、銀河の回転曲線と組み合わせることで、将来的に3次元磁場強度マッピングが可能となる。
• 本手法は、同期放射強度勾配（SIGs）や同期放射偏光勾配（SPGs）などの他の勾配ベース観測量へも一般化可能である。