[論文レビュー] Effect of intervening Mg II systems on residual rotation measure of background QSOs

Sunil Malik, Hum Chand+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2017

Astronomical Observations and Instrumentation参考文献 3被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、回転測定（RM）および光学分光法を用いて970個のクェーサーを分析し、中間赤方偏移のMg II吸収体が残差RM分散（σ_rrm）を顕著に増加させることを示した。これは、高赤方偏移銀河に磁化されたプラズマが存在することを示唆している。40.57 ± 2.52 rad m⁻²の過剰標準偏差と、偏光と強い反相関関係があることから、近くの銀河と同等の強さの磁場が存在することが示唆され、おそらくランダムに整列しているものと考えられる。

ABSTRACT

Excess extragalactic contribution to residual rotation measure (RRM) for quasars for sightlines with intervening Mg II absorbers is a powerful tool to investigate the presence of magneto-active plasma and to estimate the strength of the magnetic field in high-redshift galaxies. We have compiled a large sample of 970 quasars for which we have RRM data as well as optical spectra to check for intervening Mg II absorbers. We found that the dispersion in RRM ($\sigma_{rrm}$) for 294 sightlines having Mg II intervening systems is 45.91$\pm2.04$ rad m$^{-2}$ as compared to its value of 21.47$\pm1.93$ rad m$^{-2}$ for the 676 sightlines. This result in an excess standard deviation ($\sigma_{rrm}^{ex}$) of 40.57$\pm2.52$ rad m$^{-2}$ among these two subsample. We have also found that the subset of sightlines with two Mg II absorbers have more $\sigma_{rrm}$ than the subset with one absorber, having values of 35.62$\pm4.63$ rad m$^{-2}$ and 28.28$\pm2.35$ rad m$^{-2}$, respectively. It is also noticed that there is an increasing trend in $\sigma_{rrm}$ for larger rest frame equivalent width ($EW_{r}$), having values 40.48$\pm 2.71$ rad m$^{-2}$ and 55.53$\pm 3.18$ rad m$^{-2}$ for $EW_{r}<$1\AA and $EW_{r}\ge$1\AA, respectively. Additionally, we found a strong anti-correlation between $\sigma_{rrm}$ and fractional polarisation ($p$) with the Pearson correlation coefficient ($ ho_{p}$) of $-0.78$ for sightlines with Mg II absorbers. This gives support to the hypothesis that intervening Mg II absorbers do have magnetic field of sufficient strength, and perhaps oriented in random directions, leading to a scatter in RRM and hence also causing a reduction in the resultant fractional polarization. All these observational evidences, allow us to infer the presence of magnetised plasma in intervening high redshift galaxies with strengths similar to that in nearby galaxies.

研究の動機と目的

• 背景のクェーサーにおける残差回転測定（RRM）の過剰分散に、中間のMg II吸収体が寄与するかどうかを調査すること。
• RRM分散をプローブとして用いて、高赤方偏移銀河における磁場の存在と強度を評価すること。
• Mg II吸収体の性質（例：等価幅、系の数）とRRM散乱の関係を検討すること。
• 磁場がクェーサーの視線方向における偏光率に与える影響を調査すること。

提案手法

• 測定済みの残差回転測定（RRM）および光学スペクトルを有する970個のクェーサーのサンプルを収集し、中間のMg II吸収体を特定した。
• Mg II吸収体を有する・ない視線に対してRRM分散（σ_rrm）を計算し、過剰散乱を定量化した。
• Mg II系の数（1つ vs. 2つ）および静止系等価幅（EW_r <1 Å vs. ≥1 Å）に応じて視線を小分けにし、傾向を評価した。
• σ_rrmと偏光率（p）のピアソン相関係数（ρ_p）を計算し、磁場の影響を検証した。
• 統計的誤差伝搬を用いて、σ_rrmおよび過剰標準偏差（σ_rrm^ex）の不確実性を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間のMg II吸収体は、クェーサー視線における残差回転測定分散の増加に寄与するか？
• RQ2 Mg II吸収体を有する高赤方偏移銀河に、磁場による測定可能なRRM分散の過剰が見られるか？
• RQ3 視線に沿ったMg II吸収体の数は、RRM散乱にどのように影響するか？
• RQ4 Mg II吸収体の静止系等価幅は、RRM分散と相関するか？
• RQ5 RRM散乱と偏光率の間には、磁場の影響を示す検出可能な反相関関係があるか？

主な発見

• Mg II吸収体を有する視線のRRM分散（σ_rrm = 45.91 ± 2.04 rad m⁻²）は、吸収体のない視線（21.47 ± 1.93 rad m⁻²）よりも顕著に高い。
• Mg II吸収体に起因する過剰標準偏差（σ_rrm^ex）は40.57 ± 2.52 rad m⁻²であり、磁化されたプラズマによる顕著な寄与を示している。
• 2つのMg II吸収体を有する視線では、RRM分散が35.62 ± 4.63 rad m⁻²に達し、1つの吸収体を有する視線（28.28 ± 2.35 rad m⁻²）よりも高い。
• 静止系等価幅に応じてRRM分散は増加し、EW_r ≥ 1 Åでは55.53 ± 3.18 rad m⁻²に達するのに対し、EW_r < 1 Åでは40.48 ± 2.71 rad m⁻²であった。
• σ_rrmと偏光率の間には強い反相関関係（ρ_p = -0.78）が確認され、ランダムな磁場がRRMの散乱を引き起こし、偏光を低下させることを支持する。
• 観測されたRRMおよび偏光の傾向は、すべて併せて、中間の高赤方偏移銀河に、近くの銀河と同等の磁場強度を有する磁化されたプラズマが存在することを示している。