[論文レビュー] Large-scale Interstellar Structure and the Heliosphere

P. C. Frisch, N. A. Schwadron|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、局所間銀河雲（LIC）が、ループIスーパーバブルとともに移動する拡張的で、おそらく繊維状の多孔質構造であると提案する。この構造が、鉄（Fe）とマグネシウム（Mg）の欠落と遠紫外線（FUV）間銀河放射場の観測的相関を説明する。IBEXおよび星の光の偏光データを用いて、LICの運動学的性質と磁場がループIの幾何学と整合しており、太陽がこの拡張的構造の上流端付近に位置していることを示している。

ABSTRACT

The properties of interstellar clouds near the Sun are ordered by the Loop I superbubble and by the interstellar radiation field. Comparisons of the kinematics and magnetic field of the interstellar gas flowing past the Sun, including the Local Interstellar Cloud (LIC), indicate a geometric relation between Loop I as defined by radio synchrotron emission, and the interstellar magnetic field that polarizes nearby starlight. Depletion of Fe and Mg onto dust grains in the LIC shows a surprising relation to the far ultraviolet interstellar radiation field that is best explained by a scenario for the LIC to be extended, possibly filamentary, porous material drifting through space with the Loop I superbubble. The interstellar velocity and magnetic field measured by the Interstellar Boundary Explorer (IBEX) help anchor our understanding of the physical properties of the nearby interstellar medium.

研究の動機と目的

• 太陽周辺の近接銀河空間の広域的空間的・運動的組織を理解すること。
• 局所間銀河雲（LIC）における難揮発元素欠落（Fe, Mg）と遠紫外線（FUV）間銀河放射場の相関の物理的起源を解明すること。
• イオン化度および放射場勾配の分析を通じて、LICがコンパクトな雲か、拡張的・多孔質構造かを特定すること。
• 銀河雲の運動学、間銀河磁場（ISMF）、およびループIスーパーバブルの形状を結びつけること。

提案手法

• 近隣の星からの高分解能紫外および可視域吸収線を分析し、銀河雲の平均LSR速度および乱流幅を導出する。
• インターステラーバウンダリー・エクスプローラー（IBEX）による間銀河中性粒子の流れおよび磁場測定値を用い、太陽系境界条件を定める。
• 星の光の偏光データを用いて間銀河磁場（ISMF）の方向を特定し、ループIのシンクロtron放射マップと比較する。
• 星の位置と放射度を用いて975 ÅにおけるFUV放射場をモデル化し、LICにおけるFeおよびMgの観測的欠落度と相関をとらえる。
• 観測されたイオン化度（H⁺/(H⁰ + H⁺)）と放射場勾配を比較し、LICの空間的拡張性を推定する。
• ループIスーパーバブルの流体力学的モデルを用いて、その殻の幾何学的形状がLIC-ブルー雲界面での雲衝突および衝撃圧力の観測を説明できるかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所間銀河雲（LIC）は、密度の高いコンパクトな雲か、それともループIスーパーバブルとともに移動する拡張的・多孔質構造か？
• RQ2 LICにおける難揮発元素欠落（Fe, Mg）と遠紫外線間銀河放射場の観測的相関は、どのように説明できるか？
• RQ3 近隣の銀河雲の運動学的性質および間銀河磁場（ISMF）は、どのようにしてループIスーパーバブルの幾何学と整合するか？
• RQ4 LIC-ブルー雲界面での観測された衝撃圧力は、超音速流れおよび拡張的雲の形態によって説明可能か？
• RQ5 なぜ、コンパクトなLICの想定よりも大きな距離で欠落-放射場効果が観測されるのか？

主な発見

• 局所間銀河雲（LIC）は、鉄（Fe）とマグネシウム（Mg）の欠落と遠紫外線（FUV）間銀河放射場の驚くべき相関を示すが、これはコンパクトな雲ではなく、拡張的・多孔質構造によって最もよく説明される。
• LICの平均LSR速度は、ループIのS1殻の幾何学的中心と14°±8°の範囲内で一致しており、LICとスーパーバブルの間には強い運動学的関連があることが示唆される。
• 星の光の偏光から導かれた間銀河磁場（ISMF）は、平均LSR流れに対して76°±21°の角度をとるが、これはISMFがループI構造に固定されていることに一致する。
• LIC-ブルー雲界面における衝撃圧力は1.28×10⁻¹² dyne cm⁻²であり、熱的圧力（2.32×10⁻¹³ dyne cm⁻²）を上回っており、超音速の衝撃波前線が存在することを示している。
• LICのイオン化度は、観測線に応じて50%以上変動しており、FUV放射場の勾配にさらされる空間的拡張的構造に一致する。
• 銀河の第IIIおよび第IV象限（ℓ>180°）の星は、より強いFUV放射場のため、より高いISM温度を示しており、これは放射場強度に依存する冷却機構があることを示唆している。