[論文レビュー] NE2001.I. A New Model for the Galactic Distribution of Free Electrons and its Fluctuations

J. M. Cordes, T. Joseph W. Lazio|ArXiv.org|Jul 8, 2002

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 1被引用数 455

ひとこと要約

NE2001は、50%多い距離制約、2倍の分散および散乱測定、および更新されたISM構造（特に局所的ホットバブルとスパイラルアーム幾何）を組み込んだ、データ駆動型の銀河系自由電子分布の新しいモデルを提示する。このモデルは、高銀緯度で顕著に高い分散測定値を提供し、パルサー距離推定の不一致を解消し、銀河系および銀河外源の間銀河散乱およびスウィングの正確なモデリングを可能にする。

ABSTRACT

We present a new model for the Galactic distribution of free electrons. It (a) describes the distribution of the free electrons responsible for pulsar dispersion measures and thus can be used for estimating the distances to pulsars; (b) describes large-scale variations in the strength of fluctuations in electron density that underly interstellar scattering; (c) can be used to interpret interstellar scattering and scintillation observations of Galactic objects and of extragalactic objects, such as intrinsically compact AGNs and Gamma-ray burst afterglows; and (d) serves as a preliminary, smooth spatial model of the warm ionized component of the interstellar gas. This work builds upon and supercedes the Taylor & Cordes (1993) model by exploiting new observations and analysis methods. For lines of sight directed out of the Galactic plane, the new model yields substantially larger values for pulsar dispersion measures, except for directions dominated by the local hot bubble. Unlike the TC93 model, the new model provides sufficient electrons to account for the dispersion measures of the vast majority of known, Galactic pulsars. The new model is described and exemplified using plots of astronomically useful quantities on Galactic-coordinate grids. Software available on the Internet is also described. Future observations and analysis techniques that will improve the Galactic model are outlined.

研究の動機と目的

• 更新された観測データを用いて、より正確な銀河系自由電子分布モデルの構築を目的とする。
• 特に高銀緯度における電子密度の柱状密度の低推定という点で、TC93モデルの不一致を解消することを目的とする。
• 局所ISM（特に局所的ホットバブルとスパイラルアーム構造）の改善された制約を組み込むことを目的とする。
• 距離推定およびISM構造推論のためのパルサー分散測定値および散乱測定値の信頼性ある解釈を可能にする。
• データギャップやモデリング改善の特定を通じて、将来的なモデルの基盤を提供することを目的とする。

提案手法

• 1,000本以上の視線における分散測定値および散乱測定値に基づき、大規模な電子密度成分および局所的クラスターまたは空洞を繰り返し尤度解析で適合させる。
• 更新された銀河系回転曲線、再検討されたスパイラルアーム幾何（局所アームを含む）、および局所ISMのX線およびNa I吸収制約を組み込む。
• 温いイオン化媒体の2成分、軸対称的分布を、sech²(r/R)およびsech²(z/H)の半径および垂直方向の変化で記述する。
• 散乱効果（角度拡散および干渉的スウィング）を記述するため、パワースペクトルを用いた電子密度のフラクチュエーションをモデル化する。
• データが滑らかな分布からの逸脱を示す特定の視線に沿って、クラスターおよび空洞を考慮する。
• 平均密度およびフラクチュエーションパワー スペクトルの両方を制約するため、パルサー、銀河外源、およびHαサーベイからのデータを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しい銀河系自由電子分布モデルは、TC93モデルよりも、パルサーの分散測定値と独立した距離測定値の整合性をより良く保証できるか？
• RQ2 局所ISM（特に局所的ホットバブルとスパイラルアーム構造）の更新された制約は、大規模な電子密度分布にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 散乱測定値（例：パルス幅拡散、スウィング帯域幅）は、電子密度フラクチュエーションモデリングの忠実性をどの程度向上させるか？
• RQ4 このモデルは、ガムネブュラやベラ超新星残骸のような領域における異常な高い分散測定値および散乱を説明できるか？
• RQ5 銀河系電子密度モデルをさらに精緻化するために、どのような将来的なデータおよびモデリング技術が必要か？

主な発見

• NE2001モデルは、TC93と比較して高銀緯度で顕著に高い分散測定値を提供し、前モデルの低推定問題を解消する。
• モデルは、既知の銀河系パルサーの大部分の分散測定値をうまく説明でき、距離推定値が独立した測定値とより整合性を持つようになる。
• 局所的ホットバブルおよび再検討されたスパイラルアーム幾何の組み込みにより、太陽系近傍および銀河平面に沿って観測との適合性が向上する。
• 観測された散乱および分散測定値に一致させるために、14本の特定の視線にクラスターまたは空洞を必要とすることが判明し、局所的密度増加を示唆する。
• モデルの改善されたパrameterizationにより、特に厚いディスク成分に関してTC93に見られた不確実性が解消され、将来的なISM研究のための安定的かつ良好に制約されたフレームワークが提供される。
• 今後のパルサーの三角測定および散乱測定値の増加により、モデルのさらなる精緻化が期待され、将来的にはパルサーデータのみから大規模構造を初めから決定する可能性がある。