[論文レビュー] Magnetic fields in barred galaxies III: The southern peculiar galaxy NGC 2442

J. I. Harnett, M. Ehle+6 more|ArXiv.org|Oct 16, 2003

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 27被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、オーストラリア電波望遠鏡コンパクトアレイ（ATCA）を用いた6 cm波長の電波連続放射観測とHαデータを組み合わせることで、特異なばりん型渦巻銀河NGC 2442の磁場構造を調査した。銀河の東側に、通常の磁場が強く秩序立てた『磁場アイランド』が存在し、これは過去の星形成活動に起因する位相シフトされた磁場腕であり、約15 μGの均一な磁場強度と、約5 kpcにわたる宇宙線電子の輸送を示しており、現在の星形成とは無関係に長寿命な磁場構造が存在することを示している。

ABSTRACT

Observations of the southern peculiar galaxy NGC 2442 with the Australia Telescope Compact Array in total and linearly polarized radio continuum at 6cm are presented and compared with previously obtained H$α$ data. The distribution of polarized emission, a signature of regular magnetic fields, reveals some physical phenomena which are unusual among spiral galaxies. We find evidence for tidal interaction and/or ram pressure from the intergalactic medium compressing the magnetic field at the northern and western edges of the galaxy. The radial component of the regular magnetic field in the northern arm is directed away from the centre of the galaxy, a finding which is in contrast to the majority of galaxies studied to date. The oval distortion caused by the interaction generates a sudden jump of the magnetic field pattern upstream of the inner northern spiral arm, similar to galaxies with long bars. An unusual ``island'' of strong regular magnetic field east of the galaxy is probably the brightest part of a magnetic arm frequently seen in spiral galaxies, which appear to be phase-shifted images of the preceding optical arm. The strong magnetic field of the ``island'' indicates a past phase of active star formation when the preceding optical arm was exposed to ram pressure.

研究の動機と目的

• 特異なばりん型渦巻銀河NGC 2442における大規模な規則的磁場の構造と起源を調査すること。
• 銀河間物質からの潮汐相互作用およびランプ圧力が磁場の形態に与える影響を特定すること。
• 現在の星形成が観測されない銀河腕間領域における強力で秩序立てた磁場の力学的意義を検討すること。
• NGC 2442の磁場腕が、過去の光学的腕の位相シフトされた像であるかどうかを検証すること。

提案手法

• オーストラリア電波望遠鏡コンパクトアレイ（ATCA）を用いた、45 arcsec解像度のλ6 cmにおける全強度および線形偏光電波連続放射の観測。
• 偏光電波放射とHα放射の比較により、電離ガスおよび星形成活動領域を特定。
• 宇宙線電子の拡散時間スケールおよびエネルギー損失時間スケールの推定を通じて、磁場強度および粒子輸送を推定。
• アルフェン速度のスケーリングを用いて宇宙線拡散をモデル化し、逆数に比例すると仮定。
• ファラデー回転および偏光パターンの解析により、規則的磁場の幾何学的形状および方向を推定。
• 磁場腕に関する理論的モデル（銀河腕間領域における強化されたダイナモ作用および遅いMHD波）と比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 2442の東方に位置し、現在の星形成が観測されない銀河腕間領域に存在する強力で孤立した秩序立てた磁場『アイランド』の形成原因は何か？
• RQ2 銀河間物質からの潮汐相互作用およびランプ圧力が、NGC 2442の北および西縁において磁場をどのように圧縮・歪曲させるか？
• RQ3 NGC 2442の北部渦巻銀河腕における規則的磁場の半径方向成分が、ほとんどの渦巻銀河で観測される内向き方向とは逆に外向きを向いているのはなぜか？
• RQ4 NGC 2442の磁場腕が、過去の光学的渦巻銀河腕の位相シフトされた像であるとすれば、その記憶効果を裏付ける証拠は何か？
• RQ5 低ガス密度でHα放射も観測されない領域で、15 μGの規則的磁場が5 kpcにわたってどのように維持されているのか？

主な発見

• NGC 2442の東方約5 kpcの位置に、約15 μGの強力で秩序立てた磁場『アイランド』が検出され、偏光度が高く、一貫性のある規則的磁場構造であることが示された。
• 北部渦巻銀河腕における規則的磁場の半径方向成分は、銀河中心から外向きを向いており、ほとんどの渦巻銀河で観測される内向き方向とは逆である。
• 内側の北部渦巻銀河腕の上流で磁場パターンに急激なジャンプが観測され、潮汐相互作用またはランプ圧力による圧縮を示している。
• 『アイランド』は磁場腕のピークと解釈され、約10⁸年前に半分の回転前にランプ圧力にさらされ、星形成が強化された過去の光学的渦巻銀河腕の位相シフトされた像である可能性が高い。
• 『アイランド』内の宇宙線電子は、15 μGの磁場で約10⁷年間のシンクロトロンエネルギー損失時間スケールを持つことから、銀河腕から発生し、生涯にわたって少なくとも5 kpc以上移動したと推定される。
• Hα放射の欠如および低電子密度（ne ≤ 0.003 cm⁻³）から、現在の星形成はないと推定されるが、磁場は依然として強く秩序立てており、磁場が現在の星形成とは独立して長期間にわたって維持されることを示している。