[論文レビュー] Multi-tracer analysis of straight depolarisation 
 canals in the surroundings of the 3C 196 field

Luka Turić, Vibor Jelić+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 88被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、LOFARデータのマルチトレーサーFaradayトモグラフィーを3C 196電波源周辺の3つの領域に拡張し、ローリングHough変換を用いて偏光キャンバスとHIフィラメント、チリの偏光磁場構造を整合化した。偏光キャンバスの距離の直接推定値が初めて得られ、約200 pcの位置に位置していることが判明した。これは、磁場の向きが急激に変化するローカルバブルの縁を示しているものである。

ABSTRACT

Context. Faraday tomography of a field centred on the extragalactic point source 3C 196 with the LOw Frequency ARray (LOFAR) revealed an intertwined structure of diffuse polarised emission with straight depolarisation canals and tracers of the magnetised and multi-phase interstellar medium (ISM), such as dust and line emission from atomic hydrogen (HI). Aims: This study aims at extending the multi-tracer analysis of LOFAR data to three additional fields in the surroundings of the 3C 196 field. For the first time, we study the three-dimensional structure of the LOFAR emission by determining the distance to the depolarisation canals. Methods: We used the rolling Hough transform to compare the orientation of the depolarisation canals with that of the filamentary structure seen in HI, and based on starlight and dust polarisation data, with that of the plane-of-the-sky magnetic field. Stellar parallaxes from Gaia complemented the starlight polarisation with the corresponding distances. Results: Faraday tomography of the three fields shows a rich network of diffuse polarised emission at Faraday depths between − 10 and + 15 rad m−2. A complex system of straight depolarisation canals resembles that of the 3C 196 field. The depolarisation canals align both with the HI filaments and with the magnetic field probed by dust. The observed alignment suggests that an ordered magnetic field organises the multiphase ISM over a large area (~20°). In one field, two groups of stars at distances below and above 200 pc, respectively, show distinct magnetic field orientations. These are both comparable with the orientations of the depolarisation canals in the same field. We conclude that the depolarisation canals likely trace the same change in the magnetic field as probed by the stars, which corresponds to the edge of the Local Bubble.

研究の動機と目的

• 3C 196領域に限定されないLOFAR Faradayトモグラフィーのマルチトレーサー解析を、3つの隣接領域へ拡張すること。
• 偏光データと星のパララックスを組み合わせることで、偏光キャンバスの三次元構造を特定すること。
• 偏光キャンバスが、銀河間物質と整列した一貫性のある磁場構造をトレースしているかどうかを調査すること。
• 偏光キャンバスが磁場の不連続性を示すことにより、ローカルバブルの縁を示しているという仮説を検証すること。
• Gaiaの星の距離と星の光の偏光を用いて、磁場の向きの変化の統計的有意性を評価すること。

提案手法

• Faraday深さキューブ内の偏光キャンバスの方向を検出・測定するために、ローリングHough変換（RHT）を適用した。
• HIフィラメント構造（21 cm線データから得たもの）および353 GHzのチリ偏光からの平面内磁場と、キャンバスの方向を相関させた。
• Gaiaの星のパララックスを用いて、視線方向の星の距離を推定し、磁場構造の三次元再構成を可能にした。
• 星の光の偏光から得られた観測された磁場の向きと、偏光キャンバスおよびHIフィラメントからの磁場の向きを比較した。
• 速度積分されたストークスパラメータから合成されたHI偏光率（pHI）を統合し、磁場の整合性を評価した。
• Faradayトモグラフィーを用いて、−10から+15 rad m⁻²のFaraday深さにわたる偏光合成スピン放射の分解を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LOFARデータにおける偏光キャンバスは、周辺領域のHIフィラメントおよびチリ偏光磁場と整合しているか？
• RQ2 星のパララックスと偏光データを用いて、3次元銀河間物質（ISM）における偏光キャンバスの距離を推定できるか？
• RQ3 約200 pcでの観測された磁場向きの変化は、ローカルバブルの縁と整合的か？
• RQ4 3つの領域における平面内磁場の整合性はどの程度か？また、ISMトレーサーとどのように相関しているか？
• RQ5 フィールドA、B、CにおけるFaraday深さ構造および偏光特性は、3C 196領域および全天平均とどのように比較できるか？

主な発見

• Faradayトモグラフィーにより、すべての3つのフィールドで−10から+15 rad m⁻²の範囲に広がる微細な偏光放射のネットワークが明らかになった。
• フィールドAおよびBの偏光キャンバスは、HIフィラメントおよび平面内磁場と強く整合しており、約20°スケールで一貫性があり秩序ある磁場が存在していることを示している。
• フィールドBでは、200 pc未満と200 pcを超える距離に位置する2つの星の集団が、それぞれ異なる磁場の向きを示しており、偏光キャンバスの向きと一致している。
• 約200 pcでの観測された磁場の変化は、星の光の減光データから得られる3次元ISMマップによって示されるローカルバブルの縁と整合的である。
• フィールドAおよびBにおける合成されたHI偏光率（pHI）は、全天平均を上回っており、これらの領域における磁場の整合性を支持している。
• フィールドCではトレーサー間の明確な整合性がなく、pHIが低く、磁場が秩序のない構造を示しており、フィールドAおよびBと比較して大規模な整合性が欠けていることが示された。