[論文レビュー] Radio properties of the optically identified supernova remnant G107.0+9.0

W. Reich, X. Gao+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 38被引用数 2

ひとこと要約

本研究は、22 MHz から 4.8 GHz の多周波数電波観測を通じて、G107.0+9.0 が非常に進化した、大径（75–100 pc）、低表面輝度の超新星残骸（SNR）であることを確認した。非定常的で急勾配の電波放射（スペクトル指数 α = −0.95 ± 0.04）を検出するとともに、偏光解析により西縁部に約15 µG の圧縮された磁場を同定した。これは、広範囲の銀河系電波放射による混雑の中でも、かすかな拡張SNRを抽出可能であることを示している。

ABSTRACT

The vast majority of Galactic supernova remnants (SNRs) were detected by their synchrotron radio emission. Recently, the evolved SNR G107.0+9.0 with a diameter of about 3~deg or 75~pc up to 100~pc in size was optically detected with an indication of faint associated radio emission. This SNR requires a detailed radio study. We aim to search for radio emission from SNR G107.0+9.0 by analysing new data from the Effelsberg 100-m and the Urumqi 25-m radio telescopes in addition to available radio surveys. Radio SNRs outside of the Galactic plane, where confusion is rare, must be very faint if they have not been identified so far. Guided by the H$\alpha$ emission of G107.0+9.0, we separated its radio emission from the Galactic large-scale emission. Radio emission from SNR G107.0+9.0 is detected between 22~MHz and 4.8~GHz with a steep non-thermal spectrum, which confirms G107.0+9.0 as an SNR. Its surface brightness is among the lowest known for Galactic SNRs. Polarised emission is clearly detected at 1.4~GHz but is fainter at 4.8~GHz. We interpret the polarised emission as being caused by a Faraday screen associated with G107.0+9.0 and its surroundings. Its ordered magnetic field along the line of sight is below 1~$\mu$G. At 4.8~GHz, we identified a depolarised filament along the western periphery of G107.0+9.0 with a magnetic field strength along the line of sight $B{_{||}} \sim 15~\mu$G, which requires magnetic field compression. G107.0+9.0 adds to the currently small number of known, evolved, large-diameter, low-surface-brightness Galactic SNRs. We have shown that such objects can be successfully extracted from radio-continuum surveys despite the dominating large-scale diffuse Galactic emission.

研究の動機と目的

• 光学的に特定された大径SNR G107.0+9.0 からのかすかな電波放射を、これまでの電波調査で同定されていない状態で検出・特徴づけること。
• G107.0+9.0 の電波スペクトル的性質を特定し、非定常的放射特性を通じて超新星残骸としての性質を確認すること。
• 偏光電波放射を分析し、残骸および周囲におけるファラデー・スクリーン効果や磁場の圧縮を含む磁場構造を推定すること。
• 低表面輝度で進化したSNRが、優勢な拡散電波放射がある中でも、大規模銀河系電波調査から効果的に抽出可能であることを示すこと。

提案手法

• 研究対象領域の特定と電波放射抽出のガイドとして、Finkbeiner (2003) の Hα 放射マップを用いた。
• 22 MHz および 408 MHz での拡散銀河系背景からの G107.0+9.0 の電波放射を分離するために、アンシャープ・マスキングおよびバックグラウンド・フィルタリング技術を適用した。
• エフェルスブルク100mおよびウルムチ25m電波望遠鏡のデータを 1.4 GHz および 4.8 GHz で統合し、線形偏光情報も含めた。
• SNR領域における全波長の放射度積分を実施し、統合電波スペクトルおよびスペクトル指数を導出した。
• 偏光放射を解釈するためにファラデー・スクリーン（FS）モデルを適用し、回転測定（RM）、磁場強度（B||）、および埋め込み率を推定した。
• パラメータ（PAon − PAoff, PIon/PIoff, RM）を用いたファラデー・スクリーンモデルにより、視線方向の固有の磁場強度および幾何構造を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G107.0+9.0 のようなかすかで大径の進化済SNRは、圧倒的な拡散銀河系電波放射がある中でも、電波調査で検出可能だろうか？
• RQ2 G107.0+9.0 のスペクトル指数は何か？ これは非定常的でシンクロtron起源である超新星残骸と整合的だろうか？
• RQ3 視線方向の磁場構造は何か？ 偏光放射は磁場の圧縮またはファラデー・スクリーンを示唆するか？
• RQ4 4.8 GHz での偏光の減衰は、G107.0+9.0 の西縁部における物理的状態とどのように関連しているか？

主な発見

• G107.0+9.0 は、統合スペクトル指数 α = −0.95 ± 0.04 を示す急勾配の非定常的電波スペクトルを示しており、超新星残骸としての性質が確認された。
• G107.0+9.0 の表面輝度は、1 GHz で約 5.4 × 10−23 W m−2 Hz−1 sr−1 であり、銀河系SNRの中で最も低い値の一つである。
• 1.4 GHz では明確な偏光放射が検出され、4.8 GHz では弱いが検出可能であり、これは視線方向に秩序ある磁場（B|| < 1 µG）を持つファラデー・スクリーンに起因すると解釈された。
• 4.8 GHz での偏光が減衰した繊維状構造は、G107.0+9.0 の西縁部に約15 µG の圧縮された規則的磁場が存在することを示しており、磁場の圧縮を要請する。
• ファラデー・スクリーンモデルにより、減衰した繊維状構造の回転測定（RM）は約 −300 rad m−2 であり、共通の距離および磁場構造と整合的である。
• シンクロtron発光度の推定値から、局所的に増強された銀河系発光度が示唆され、距離1.5 kpc の場合 0.94 K Tb/kpc、距離2 kpc の場合 0.70 K Tb/kpc の値を示し、局所銀河間媒体における既知の増強と整合的である。