[論文レビュー] Radio polarization and sub-mm observations of the Sombrero galaxy (NGC 4594) - Large-scale magnetic field configuration and dust emission

M. Krause, R. Wielebinski+1 more|ArXiv.org|Oct 28, 2005

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 31

ひとこと要約

本研究では、4.86 GHzおよび8.35 GHzのVLAおよびエーフェルスベルク100m電波望遠鏡の観測を用いて、Sa型銀河NGC 4594（ソンブレロ銀河）における大規模磁場の最初の電波偏光検出を報告する。磁場は主にディスク面に平行であるが、z方向の距離が大きい領域では顕著な垂直成分を示し、中間面における磁場強度は6±1 μGである。サブミリ波長観測では、1.2×10⁷ M☉の冷たいダスト質量の上限が得られ、光の散乱を含むモデルと整合的である。

ABSTRACT

We observed the nearby early-type spiral galaxy NGC 4594 (M 104, Sombrero galaxy) with the Very Large Array at 4.86 GHz, with the Effelsberg 100-m telescope at 8.35 GHz as well as with the Heinrich Hertz Telescope at 345 GHz in radio continuum. The 4.86 and 8.35 GHz data contain polarization information and hence information about the magnetic fields: we detected a large-scale magnetic field which is to our knowledge the first detection of a large-scale magnetic field in an Sa galaxy in the radio range. The magnetic field orientation in M104 is predominantly parallel to the disk but has also vertical components at larger z-distances from the disk. This field configuration is typical for normal edge-on spiral galaxies. The 345 GHz data pertain to the cold dust content of the galaxy. Despite the optical appearance of the object with the huge dust lane, its dust content is smaller than that of more late-type spirals.

研究の動機と目的

• 電波偏光データを用いて、初期型スパイラル銀河NGC 4594における大規模磁場構造を調査すること。
• 345 GHzにおけるサブミリ波長連続スペクトル観測を用いて、NGC 4594内の冷たいダストの含量と分布を特定すること。
• NGC 4594のディスク厚さを推定し、他の縁面スパイラル銀河と比較すること。
• 磁場およびダストの性質に基づいて、NGC 4594の星形成率と効率を評価すること。
• 観測されたサブミリ波長の放射率上限を用いて、光の散乱を含むダストモデルの予測を検証すること。

提案手法

• 磁場構造のマッピングのために、4.86 GHzでD配置のVLAを用いて全強度および線形偏光を観測した。
• 偏光カバレッジの拡張とダイナミックレンジの向上を目的に、8.35 GHzでエーフェルスベルク100m電波望遠鏡を用いて観測した。
• 冷たいダスト放射を調査するため、870 μm（345 GHz）でヘインリヒ・ハーツテレスコープを用いてサブミリ波長連続スペクトル観測を行った。
• 6.2 cmと3.6 cmの間でファラデー回転を計算し、回転測定効果を補正し、内在する磁場の向きを導出した。
• ディスク厚さは、電波放射のz方向分布をガウス関数および指数関数的関数にフィットさせることで推定した。
• IRASおよびHHTデータを用いてダストスペクトルエネルギー分布をモデル化し、冷たいダスト温度の下限とダスト質量の上限を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期型スパイラル銀河NGC 4594における大規模磁場の配置は何か？また、電波帯で検出可能か？
• RQ2 NGC 4594の観測されたディスク厚さは、他の縁面スパイラル銀河と比較してどう異なるか？
• RQ3 サブミリ波長非検出に基づくNGC 4594における冷たいダスト質量の上限は何か？また、モデル予測と比較するとどうか？
• RQ4 観測された磁場強度は、微分回転するディスクにおけるダイナモ理論の予測と整合的か？
• RQ5 拡張したサブミリ波長放射の欠如は、NGC 4594に顕著なダスト散乱を含むモデルを支持するか、反証するか？

主な発見

• 電波偏光を用いたSa型銀河における大規模磁場の最初の検出が達成され、銀河全体で平均偏光度15±3%が得られた。
• 磁場は中間面では主にディスク面に平行であるが、z > 35 arcsec（1.5 kpc）の領域では顕著な垂直成分を示し、複雑な3次元構造を示している。
• 中間面における磁場強度は6±1 μGと推定され、通常のスパイラル銀河の下限に位置する。
• NGC 4594のディスク厚さは、1.5 kpc（35 arcsec）のスケール高さを持つ単一のガウス成分で最もよく記述され、他のスパイラル銀河で一般的に見られる二成分指数関数的フィットとは異なる。
• 870 μmにおけるサブミリ波長観測では、中心源の放射度230±35 mJyが検出されたが、拡張放射は検出されず、半径100–200 arcsecにおけるダスト放射の上限は0.2 Jyとなった。
• 冷たいダスト質量の上限は1.2×10⁷ M☉であり、ダスト散乱を含むEmsellem（1995）のモデルと整合的であり、冷たいダスト温度は≤22 Kに制限された。