[論文レビュー] Implications of Interstellar Dust and Magnetic Field at the Heliosphere

P. C. Frisch|ArXiv.org|Jul 19, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、星の偏光およびヘリオスフィアの非対称性から推定される銀河間磁場が、ヘリオスフィアを形作り、宇宙背景放射（CMB）に認識されていなかった前景を生成すると提案する。複数の独立したデータセット—星の偏光、ヘリウム／水素中性粒子の流れのずれ、ボイジャーによる3 kHz電波放射、CMBの低ℓ多重極—が、銀河平面に対して約55°傾いた局所磁場の方向に一致しており、ループI磁場バブルのS1サブシェルの拡張と整合的であることを示している。

ABSTRACT

Tiny interstellar dust grains causing the polarization of light from the nearest stars are deflected sideways in the outer heliosheath regions, along with the interstellar magnetic field. Observations of optical polarization of stars beyond the heliosphere nose, suggest the direction of the upwind interstellar magnetic field is relatively constant. The polarizations of nearby stars and offset angle between HeI and HeI flowing into the heliosphere have position angles in galactic coordinates of 30- 40 deg, indicating a local magnetic field direction inclined by ~55 deg and ~65 deg, respectively, with respect to the galactic and ecliptic planes. The hot and cold poles of the measured Cosmic Microwave Background (CMB) dipole moment are nearly symmetric around the heliosphere nose direction, and the v^{22} quadrupole vector is directed towards the heliosphere nose. The area vectors of the CMB quadrupole and ocotopole moments are directed towards the band perpendicular to the ecliptic plane formed by the alternate locations for the 3 kHz emissions detected by Voyagers 1 and 2. In the upwind direction, the position angle of the null plane separating the CMB dipole hot and cold poles is nearly aligned with the interstellar magnetic field direction at the Sun. Heliospheric foreground contamination of the low-$\ell$ CMB modes now requires detailed study.

研究の動機と目的

• 近接および遠方の星からの光学的偏光データを用いて、局所星間磁場の方向を特定すること。
• ヘリオスフィアの非対称性（例：終端衝撃の通過、ENA放射）と星間磁場の向きとの幾何的整合性を調査すること。
• 低ℓ CMB多重極モーメントとヘリオスフィアの特徴との相関を探索し、以前認識されていなかったCMBの前景を示唆すること。
• ループI磁場バブルのS1サブシェルが、観測された磁場の方向とヘリオスフィアの非対称性を説明できるかを検証すること。

提案手法

• ティンバーゲン（1982）および1970年代の追加観測データを用い、ヘリオスフィアノーズからλ ≈ 35°の黄道面に近い星の光学的偏光位置角を分析した。
• 偏光から導かれた磁場の向きと、磁場による偏偏移によって約5°ずれるH o およびHe o の上流流れの方向を比較した。
• ボイジャー1号および2号が約130 AUで検出した3 kHz電波放射と、CMBダイポールモーメントおよび低ℓ多重極ベクトルを相関させた。
• CMBダイポール平面（高温極と低温極から等距離）を用い、ヘリオスフィアの特徴（例：3 kHz放射領域）との整合性を特定した。
• 星の偏光、He/Hの流れ、3 kHz放射、CMB多重極といった複数の独立したデータセットから得られた磁場の向きの整合性を評価した。
• ヘリオスフィアが星間磁場によって形作られると想定し、ループIバブルのS1サブシェルが局所磁場の方向とヘリオスフィアの形状を一貫して説明できるとモデル化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の偏光および中性粒子の流れのずれから推定される、太陽付近の星間磁場の方向は何か？
• RQ2 ボイジャー1号および2号が検出した3 kHz電波放射は、ヘリオスフィアの幾何構造およびCMBダイポールとどのように関係しているか？
• RQ3 CMBの低ℓ成分と、終端衝撃やENA放射のようなヘリオスフィア構造との間に有意な相関があるか？
• RQ4 観測されたヘリオスフィアの非対称性（例：非対称な終端衝撃の通過）は、1つの一貫した星間磁場構造で説明できるか？
• RQ5 ループI磁場バブルのS1サブシェルは、局所磁場の方向とそれがヘリオスフィアに与える影響を説明できるか？

主な発見

• 近隣の星の偏光最大値は、ヘリオスフィアノーズから黄道経度約35°の位置にあり、数パーセクにわたって一貫した星間磁場の向きを示している。
• 星の偏光、H o /He o 流れのずれ、3 kHz放射から導かれた磁場の向きは、いずれも銀河平面に対して約55°傾き、黄道面に対して約65°傾く局所磁場の方向に一致している。
• CMBダイポール平面（高温極と低温極から等距離）は、λ ≈ 260.4°、β ≈ 6.1°に位置し、ヘリオスフィアノーズおよび3 kHz放射領域から5°以内に位置している。
• CMBダイポール平面の位置角（50° ± 1°、-11° ± 1°）は、偏光最大値およびH o /He o のずれ方向とよく一致している。
• 低ℓ CMB多重極がヘリオスフィアの特徴と一致するという観測結果は、CMB信号に認識されていなかった前景が存在することを示唆している。
• すべてのデータは、ループI磁場バブルのS1サブシェルが太陽位置まで拡張しており、局所磁場の方向を決定し、ヘリオスフィアの形状を規定していると一貫して支持している。