[論文レビュー] Probing Magnetic Fields using the Giant Metrewave Radio Telescope

J. S. Farnes, David A. Green+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2013

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、610 MHzで観測されたジアント・メトロワーブ・ラジオテレスコープ（GMRT）の干渉計分光偏光データに対して、回転測定（RM）合成を初めて効果的に適用した。M51領域内の1mJy未満のコンパクト源について、ピークファラデー深さおよび偏光度の完全な校正測定を達成し、感度限界以下の拡散放射が偏光を失っていることを示し、GMRTによる広域線形偏光調査の可能性を確立した。この調査は、低周波数における偏光の失われるメカニズムを制約し、SKA時代の観測を支援するものである。

ABSTRACT

We present the first spectropolarimetric radio observations that apply Rotation Measure (RM) Synthesis to interferometric data from the Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) at 610 MHz. Spectropolarimetry requires measurement of a large number of instrumental systematics so that their effects can be calibrated - a technical problem that is currently being faced by the upcoming SKA pathfinders. Our fully-calibrated data allow for the peak Faraday depth and polarisation fraction to be measured for sub-mJy compact sources in the field of M51 at 610 MHz. The diffuse extended emission in the interacting galaxy pair is shown to be depolarised below the sensitivity limit. A survey of linear polarisation with the GMRT is now feasible and could be used to place constraints on the prevailing depolarisation mechanisms at low frequencies - improving polarised source count estimates and constraining the RM-grid observable with next generation facilities such as the SKA.

研究の動機と目的

• GMRTの全偏光モードを用いた610 MHzにおける広域分光偏光観測の可能性を示すこと。
• 低周波数干渉計データにおける偏光忠実度を損なう要因となる、周波数依存性の漏れや電離圏によるファラデー回転といった、機器に起因する系のずれを補正・低減すること。
• M51領域内のコンパクトな電波源のピークファラデー深さおよび偏光度を測定し、磁場構造に関する制約をもたらすこと。
• 相互作用する銀河における拡散的拡張放射の低周波数における偏光の失われた性質を評価すること。
• 将来的なGMRTおよび類似機器による低周波数偏光調査の基盤を提供し、SKAの設計および科学的目標に寄与すること。

提案手法

• 16 MHz帯域幅にわたる256個のスペクトルチャンネルを用い、GMRTの全ステークス分光偏光データに回転測定（RM）合成を適用した。
• 周波数依存性の機器漏れ（一部の電波望遠鏡で最大40％に達する）を補正するための高度な校正技術を実装した。
• 位相校正源（例：J1313+549）および flux 校正源（3C48, 3C286）を用いて、機器応答を安定化させ、正確な偏光伝達を可能にした。
• パララクティック角を変化させながら位相校正源を繰り返し観測することで、機器寄りと源由来の偏光成分を分離した。
• 全帯域幅にわたってスティーブスI, Q, Uパラメータを分析し、ファラデー深さスペクトルおよび偏光度を導出した。
• AIPSソフトウェアを用いたデータ還元処理において、全偏光モード処理およびuvデータの校正を実施し、偏光忠実度を保持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複雑な機器的系のずれを伴うにもかかわらず、GMRTの610 MHz分光偏光データに回転測定合成を効果的に適用できるか？
• RQ2 M51領域内のコンパクト電波源の偏光度およびファラデー深さは610 MHzでどの程度であり、高周波数での測定と比較してどう異なるか？
• RQ3 M51の相互作用銀河対における拡散的拡張放射は610 MHzでどの程度偏光を失っているか？低周波数における偏光の失われるメカニズムに何を示唆するか？
• RQ4 GMRTの全偏光モードは広域分光偏光観測においてどの程度の性能を示すか？主な機器的制限要因は何か？
• RQ5 このデータセットは、将来のSKAパスファイナーサーベイのための低周波数偏光源密度および偏光の失われるメカニズムに関する信頼できる制約を提供できるか？

主な発見

• GMRTの全偏光モードにより、610 MHzにおける分光偏光観測が成功裏に実施され、校正済みデータにより1mJy未満のコンパクト源のピークファラデー深さおよび偏光度を高精度で測定可能となった。
• M51相互作用銀河対における拡散的拡張放射は感度限界以下の偏光を失っており、低周波数における強い偏光の失われる効果があることを示している。
• M51の明るい活動的核は、3σ上限で<0.14%にまで偏光を失っており、スパイラル腕は明るい腕で<1.1%、やや暗い腕で<8.7%の偏光を失っている。
• 同伴銀河NGC 5195は3σ上限で<0.4%にまで偏光を失っており、固有の偏光が低いか、強い偏光の失われる効果があることを示している。
• 5つのコンパクト源が610 MHzで初めて偏光で検出され、そのファラデー深さおよび偏光度が報告された。そのうち2つは既知の銀河系外天体（赤方偏移z=0.32の銀河団と、z=0.67の電波銀河）に関連している。
• 本結果により、GMRTが低周波数偏光調査に有効であることが裏付けられ、SKA時代の施設のための偏光の失われるメカニズムのモデル化および源密度の予測に不可欠なデータ基盤が提供された。