[論文レビュー] Galaxy cluster magnetic fields from radio polarized emission

A. Bonafede, L. Feretti+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2010

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、銀河団の団内媒体（ICM）における磁場を、電波ハロ、リリーフ、電波銀河からの偏光電波放射を用いて測定する最近の進展をレビューしている。ファラデー回転測定（RM）と偏光プロファイルの分析により、ICMの磁場は乱流的であり、コルモゴロフに類似したスペクトルと、団密度プロファイルに一致する半径方向の減少を示すことが明らかになった。また、電波ハロを有する団とない団との間で磁場特性に顕著な差がないことが判明し、再加速モデルがハドロン的モデルよりも支持される。

ABSTRACT

The presence of magnetic fields in the intra-cluster medium of galaxy clusters is now well estabilished. It is directly revealed by the presence of cluster-wide radio sources: radio halos and radio relics. In the last years increasing attention has been devoted to the intra cluster magnetic field through the study of polarized radio emission of radio galaxies, radio halos and radio relics. Recent radio observations have revealed important features of the intra-cluster magnetic field, allowing us to constrain its main properties and to understand the physical processes taking place in the intra-cluster medium. I will review the newest results on galaxy cluster magnetic fields, both focusing on single objects and aimed at describing the magnetic field general properties. The up-coming generation of radio telescopes, EVLA and LOFAR, will shed light on several problematics regarding the cluster magnetic fields and the related non-thermal emission.

研究の動機と目的

• 偏光電波放射を用いて、団内媒体（ICM）磁場の半径方向の減少とスペクトル関数を制約すること。
• 電波ハロを有する銀河団と電波非活性な銀河団との間で、磁場特性に差があるかどうかを調査すること。
• ICM磁場が熱伝導を抑制し、非熱的放射をどのように形作るかを評価すること。
• 近い将来の電波望遠鏡（EVLA、LOFAR）が、団磁場物理学における未解決問題をどのように解決できるかを評価すること。
• 観測された電波源の去偏光傾向が、普遍的なICM磁場構造と整合しているかどうかを検証すること。

提案手法

• 銀河団内およびその背後に位置する拡張電波源のファラデー回転測定（RM）画像を用いて、磁場の揺らぎとスペクトル関数を調べた。
• ベイズ解析と構造関数法を用い、シミュレートされたRM画像と観測画像を比較し、磁場スペクトル関数の最小および最大スケールを制約した。
• 電子密度 $ n_e $ に依存すると仮定し、磁場強度を半径の関数として $ B(r) = B_0 \big[1 + r^2/r_c^2\big]^{-3\tau/2} $ の関係でモデル化した。
• 銀河団中心からの距離に応じた電波銀河の偏光度の変化を分析し、累積RMと磁場強度勾配を推定した。
• 空間スケールにわたる磁場揺らぎを記述するため、コルモゴロフに類似したべき乗則モデル $ |B_Λ|^2 \propto \Lambda^n $ を用いた。
• コルモゴロフ＝スミルノフ検定を用いて、電波ハロ有りと無しの銀河団サンプル間の去偏光傾向を統計的に比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ICMにおける磁場強度の半径依存性は何か？また、熱的ガス密度とどのように相関するか？
• RQ2 銀河団における磁場揺らぎの空間スペクトル関数は何か？コルモゴロフに類似した形をとるか？
• RQ3 電波ハロを有する銀河団とない銀河団との間で、ICMにおける磁場特性に顕著な差があるか？
• RQ4 ICMの磁場は電波銀河の偏光にどのように影響するか？これにより、磁場の整合性と強度に関する何が明らかになるか？
• RQ5 現在および近い将来の電波望遠鏡（EVLA、LOFAR）は、ICM磁場特性の制約をどの程度向上できるか？

主な発見

• ICM磁場強度は、$ B(r) \propto [1 + r^2/r_c^2]^{-3\tau/2} $ に一致するべき乗則的減少を示し、電子密度の半径方向減少と一致する。
• コンス銀河団やアベル2382銀河団のファラデーRM画像は、空間スケール2〜34 kpcの範囲でコルモゴロフに類似した $ \Lambda^{-11/3} $ 傾きのスペクトル関数と整合的である。
• ハイドラA、アベル400、アベル2634の磁場パワー・スペクトルは、ベイズ解析により広いスケール範囲でコルモゴロフモデルと整合的であることが判明した。
• 電波銀河の偏光度は、銀河団中心からの距離が増すにつれて増加し、核領域で高いRMと強い磁場が存在することを示している。
• 電波ハロを有する団とない団との間で、去偏光傾向に統計的に有意な差は認められず、これは、磁場特性が拡散的電波放射の有無に関係なく類似していることを示唆している。
• これらの結果は、ハドロン的モデルとは整合せず、相対論的電子がICM内の乱流によって再加速されることで電波ハロが形成される再加速シナリオを支持している。