[論文レビュー] The B3-VLA CSS sample. VII: WSRT Polarisation Observations and the Ambient Faraday Medium Properties Revisited

Antonio Rossetti, D. Dallacasa+3 more|ArXiv.org|Jun 11, 2008

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、新たな13 cm WSRT偏光データを用いて、コンパクトなスティープ・スぺクトル（CSS）源におけるファラデー回転および偏光消去モデルを見直し、回転測定（RM）および偏光消去行動における曖昧さを解消した。部分的被覆の変種を導入したバーンモデルを提案し、波長依存の偏光度の観測に適合するように改良した。このモデルは、RM分散の赤方偏移およびサイズ依存性を強く示しており、径方向密度勾配を示す滑らかで磁化された周囲媒体を支持する。

ABSTRACT

We present new polarisation observations at 13 cm, acquired using the Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT), of 65 sources, from the B3-VLA sample of Compact Steep-Spectrum sources. These new data are combined with our VLA polarisation data, at 3.6, 6 and, 21 cm, presented in a previous paper. Due to the multi-channel frequency capabilities of the WSRT, these new 13 cm observations enable a more reliable determination of integrated Rotation Measures, and of depolarisation behaviour with wavelength. The new data are inconsistent with the depolarisation models that we used earlier, and we propose an alternative model which seems to work properly. We also revise our previous model for the external Faraday screen, and its dependence on the source redshift.

研究の動機と目的

• 従来のVLAデータ（3.6、6、21 cm）による波長カバレッジの不足が引き起こす回転測定（RM）および偏光消去行動に関する曖昧さを解消すること。
• 13 cm WSRT観測で6–21 cmのギャップを埋めることにより、統合RMおよび偏光消去関数の信頼性を向上させること。
• 特に赤方偏移およびサイズ依存性を含め、CSS源の周囲ISMの性質を示す初期の外部ファラデー・スクリーンモデルを検証・見直すこと。
• 観測された波長依存の偏光度を説明するために、バーンまたはトライブルの偏光消去モデルが依然有効であるか、あるいは新たなモデルが必要かを評価すること。
• 偏光データを用いて、磁場強度、密度分布、不均一性を含む周囲磁化イオン性媒体の物理的性質を特定すること。

提案手法

• B3-VLA CSSサンプルに属する65個の源に対して、Westerbork合成電波望遠鏡（WSRT）を用いて新たな13 cm偏光データを取得し、そのうち58個が偏光で検出された。
• WSRTデータを、既存のVLA偏光データ（3.6、6、21 cm）と統合し、λ²空間における高密度で多波長のカバレッジを実現した。
• WSRTのマルチチャンネル機能を活用して、RMの決定精度を向上させるとともに、λ²関数としての偏光消去行動を制約した。
• 観測された非線形な偏光消去傾向を記述するため、バーン（1966）モデルを修正し、「部分的被覆」パラメータ（f_c）を導入した。ここでf_cは、偏光消去スクリーンが源のどの程度を被覆しているかを表す。
• 新しいモデルを観測されたm_λ(λ²)曲線にフィットさせ、σ_RMsおよびf_cを導出し、滑らかでない磁場モデルとクラスタ型磁場モデルの区別をより明確にした。
• 周囲媒体の2つの物理的モデルを評価した：キング型密度および磁場プロファイルを有する滑らかな磁化媒体、および圧力平衡状態にある不均一な媒体（NL領域）。観測結果との整合性を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3.6 cmから21 cmの間で観測された偏光消去行動は、標準的なバーンまたはトライブルモデルに従うか、それとも新たなモデルが必要か？
• RQ2 13 cm WSRTデータの導入により、従来のVLAデータのみに依存していた場合と比較して、回転測定（RM）およびRM分散（σ_RMs）の推定精度がどのように向上するか？
• RQ3 観測された波長依存の偏光度m_λ、特に長波長域での平坦化の物理的起源は何か？
• RQ4 周囲ファラデー・スクリーンの導出パラメータ（例：コア半径、密度プロファイル、磁場強度）は、赤方偏移および投影線形サイズにどのように依存するか？
• RQ5 滑らかな媒体モデルか不均一な媒体モデル（NL領域）のどちらが、観測された偏光特性をよりよく説明できるか？また、CSS源の宿主銀河におけるISM構造にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 新たな13 cm WSRTデータのおかげで、約30％の源についてRMの曖昧さが軽減され、以前に導出された回転測定値が見直された。
• 観測された偏光度（m_λ）は、3.6 cmから13 cmへと低下し、13 cmから21 cmへは平坦化する傾向を示すが、これは標準的なバーンまたはトライブルモデルでは説明できない。
• 部分的被覆（f_c）を導入したバーンモデルの経験的変種が、観測されたm_λ(λ²)行動をうまく再現した。f_cは源の向きに応じて0.5から1.0の範囲で変動した。
• σ_RMsは赤方偏移（z ≈ 1.8まで）および投影線形サイズに明確な依存性を示しており、より大きく、あるいは遠方の源ではファラデー分散が強いことが示唆された。
• コア半径 ≤ 0.5 kpcの滑らかな媒体モデルでは、z=0における中心磁場が約150 μGに達し、径方向密度プロファイルがr^−ηに比例する（1.5 ≤ η ≤ 2.0）必要がある。これは、早期型銀河におけるX線観測と整合的である。
• 不均一な媒体モデル（NL領域）では、雲内部の磁場が約6 μGで、磁場エネルギー密度が熱エネルギーの約10⁻⁴にとどまる必要があるが、『NL被覆問題』に起因するパラメータチューニングの困難さに直面している。
• 部分的被覆効果は幾何的効果として解釈される：線形視線に対して大きな角度をなす源では、ラボの間で偏光消去が非対称的となり、長波長域でのm_λの平坦化が生じる。
• 全源フレームRM値は、ランダム磁場ゆらぎでは説明できないほど大きく、有意義な大規模な秩序磁場成分が存在することを示唆している。
• RM、σ_RMs、赤方偏移、線形サイズの間の観測された相関関係は、秩序磁場がランダム磁場成分と同様に赤方偏移およびサイズに比例してスケーリングしている可能性を示唆している。