[論文レビュー] Electron Ageing and Polarization in Tailed Radio Galaxies

L. Feretti, G. Giovannini+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 1997

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、エフェルスブルク100m電波望遠鏡およびウェスターブルク合成電波望遠鏡からの多周波数電波観測を用いて、尾を伴う電波銀河における電子の老化および磁場の整列を調査する。スペクトルは距離とともに傾きがきつくなることが判明し、これはシンクロトロンエネルギー損失によるものである。偏光度は尾に沿って増加しており、磁場の整列が進んでいることを示している。電子の寿命から再加速または大規模な運動の必要性が示唆され、磁場は尾に沿って縦方向に整列している。

ABSTRACT

High-frequency observations of the tailed radio galaxies IC 310, NGC 1265, 3C 129, and 3C 465 have been performed with the Effelsberg 100-m telescope. For the radio galaxies IC 310, NGC 1265 and 3C 465, radio data obtained at low frequencies with the Westerbork Synthesis Radio Telescope are also available. These new radio data allow us to map the extended structure of the radio galaxies and obtain spectral and polarization information in the outermost regions. The multi-frequency spectra were used to study the synchrotron ageing of relativistic electrons with increasing distance from the active nucleus. We found that the spectrum in each radio galaxy progressively steepens with distance, and at each location it is steeper at high frequencies. The spectra are fitted by models involving synchrotron energy losses and the critical frequency is obtained at increasing distance from the core. Assuming that the magnetic field is the equipartition value, we obtain the radiating electron lifetimes and consequently their drift velocities. Our results imply the existence of reacceleration processes or bulk motions along the tails. The polarization data at 10.6 GHz give information on the intrinsic degree of polarized flux and the orientation of the magnetic field. We find that the polarization percentage increases along the tails, reflecting an increase of the degree of ordering of the magnetic field. The magnetic field in the tails is longitudinal.

研究の動機と目的

• 相対論的電子のシンクロトロンエネルギー損失による、電波銀河の延長された電波尾におけるスペクトル的進化を調査すること。
• 偏光測定を用いて、尾に沿った磁場整列度とその空間的変化を特定すること。
• 観測されたスペクトルの傾きのきつさに基づいて、電子の寿命を推定し、再加速または大規模な運動の存在を推論すること。
• 分配平衡磁場が、尾を伴う電波銀河における電子の老化と偏光を解釈するうえで果たす役割を評価すること。

提案手法

• IC 310、NGC 1265、3C 129、3C 465に対して、エフェルスブルク100m電波望遠鏡を用いて高周波数（10.6 GHz）観測を実施した。
• ウェスターブルク合成電波望遠鏡からの低周波数データと統合し、拡張された電波構造をマッピングし、多周波数スペクトルを導出した。
• シンクロトロンエネルギー損失を組み込んだモデルを観測スペクトルにフィットさせ、臨界周波数と電子の寿命を決定した。
• 10.6 GHzでの偏光データを用いて、固有の偏光フラックス度を測定し、磁場の向きを推定した。
• 分配平衡磁場強度を仮定して、電子の放射寿命を推定し、漂流速度を推論した。
• スペクトル指数および偏光の空間的傾向を分析し、磁場整列度と尾の力学的状態を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 尾を伴う電波銀河において、核からの距離に応じてスペクトル指数はどのように変化するのか。これは電子の老化に何を示唆するのか。
• RQ2 偏光測定によって示されるように、磁場整列度は電波尾に沿ってどのように空間分布しているのか。
• RQ3 観測された電子の寿命は、尾における再加速または大規模な運動の必要性をどの程度示唆しているのか。
• RQ4 磁場の幾何学的配置（方向および整列度）は、電波尾に沿ってどのように変化するのか。
• RQ5 電波銀河の外縁部において、スペクトルの傾きのきつさと偏光度の増加の間にどのような関係があるのか。

主な発見

• IC 310、NGC 1265、3C 465のスペクトルは、核からの距離が増すにつれて次第に傾きがきつくなる。これは、相対論的電子のシンクロトロンエネルギー損失を示している。
• 臨界周波数は距離が増すにつれて低周波数側へシフトしており、高エネルギー電子が速やかにエネルギーを放出し、外縁部で枯渇していることを確認している。
• 偏光度は尾に沿って増加しており、磁場構造の整列度が高まっていることを示している。
• 尾における磁場は主に縦方向に整列しており、電波ローブの進行方向と一致している。
• 分配平衡仮定に基づく電子寿命の推定から、電子はゆっくりと漂流していることが示唆され、観測された放射を維持するには再加速または大規模な運動が必要であると考えられる。
• 観測されたスペクトル的および偏光的傾向は、拡張された電波構造における電子の老化と磁場整列の組み合わせと整合的である。