[論文レビュー] The magnetic field along the jets of NGC 4258 as deduced from high frequency radio observations

M. Krause, A. Löhr|ArXiv.org|Mar 5, 2004

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 20被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、3.6 cmの高周波帯（Very Large Array: VLA）電波観測を用いて、NGC 4258のジェットに沿った磁場を測定し、ファラデー回転を補正した後、ジェット軸に沿った支配的成分の磁場を同定した。エネルギー等分配仮定のもとで、電子-陽子ジェットでは310 μG、電子-陽電子ジェットでは90 μGの磁場強度が推定され、北方ジェットでは−400から−800 rad/m²の回転測定値（RM）が観測され、顕著なファラデー回転が示唆された。

ABSTRACT

We present 2.4" resolution, high sensitivity radio continuum observations of the nearby spiral galaxy NGC 4258 in total intensity and linear polarization obtained with the Very Large Array at 3.6 cm (8.44 GHz). The radio emission along the northern jet and the center of the galaxy is polarized and allows investigation of the magnetic field. Assuming energy-equipartition between the magnetic field and the relativistic particles and distinguishing between (1) a relativistic electron-proton jet and (2) a relativistic electron-positron jet, we obtain average magnetic field strengths of about (1) 310\muG and (2) 90\muG. The rotation measure is determined to range from -400 to -800 rad/m^2 in the northern jet. Correcting the observed E-vectors of polarized intensity for Faraday rotation, the magnetic field along the jet turns out to be orientated mainly along the jet axis. An observed tilt with respect to the jet axis may indicate also a toroidal magnetic field component or a slightly helical magnetic field around the northern jet.

研究の動機と目的

• 高周波電波偏光データを用いて、NGC 4258の相対論的ジェットに沿った磁場構造を測定すること。
• 相対論的粒子と磁場のエネルギー等分配を仮定して、ジェット内側領域における磁場強度を推定すること。
• ファラデー回転が観測された偏光位置角に与える影響を調査し、固有の磁場方位を推定すること。
• 導出された磁場強度と回転測定値の制約に基づき、電子-陽子と電子-陽電子ジェットモデルを区別すること。
• 高角分解能（2.4 arcsec）でジェットの幾何構造と磁場構造を解明し、ジェットの収束および磁場トポロジーのモデルを検証すること。

提案手法

• 2.4 arcsecの beam サイズを達成した、VLAのC配置を用いた14時間にわたる全強度および線形偏光観測（8.44 GHz、λ = 3.6 cm）を実施。
• アーカイブ済みVLAデータ（4.86 GHz、λ = 6.2 cm、および1.49 GHz、λ = 20 cm）を再処理し、エフェルスブルク100m電波望遠鏡の10.55 GHz（λ = 2.8 cm）データと統合して、多波長解析を実施。
• λ = 3.6 cmとλ = 6.2 cm間の偏光位置角の変化を比較することで、ファラデー回転を定量的に評価し、観測された電場ベクトルの位置角を補正するため、回転測定値（RM）技術を用いた。
• 相対論的粒子と磁場の間のエネルギー等分配原理を適用し、2種類のジェットモデル（電子-陽子および電子-陽電子プラズマ）を仮定して、磁場強度を推定した。
• RM = 0.81 × nₑ × B∥ × L の式を用いて、磁場の視線成分（B∥）を計算した。RM値は−400から−800 rad/m²、ジェット長さL ≈ 50 pcと仮定した。
• 偏光度とデポラリゼーションの評価を通じて、ジェット組成の妥当性を検証し、超新星残骸などの代替解釈を除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ファラデー回転を補正した後、NGC 4258の北方ジェットに沿った磁場の固有の方位は何か？
• RQ2 エネルギー等分配仮定のもとで、磁場強度はどのように推定されるか。また、電子-陽子ジェットと電子-陽電子ジェットモデルでは、その値にどのような差が生じるか？
• RQ3 ジェットに沿ったファラデー回転は、観測された偏光位置角にどの程度の影響を及ぼすか。これにより、熱的電子密度および磁場幾何構造にどのような示唆が得られるか？
• RQ4 外側領域における磁場ベクトルがジェット軸に対して示す傾きは、ねじれ型またはトロイダル磁場成分を示唆しているか？
• RQ5 観測された偏光特性と回転測定値は、NGC 4258の相対論的ジェットの組成と構造に、どのような制約を課えるか？

主な発見

• ファラデー回転を補正した後、北方ジェットの中心領域における磁場は主にジェット軸に沿って整列しており、支配的な縦方向成分が存在することを示している。
• 北方ジェットにおける回転測定値（RM）は−400から−800 rad/m²の範囲にあり、視線方向に磁化されたプラズマが存在することを示し、顕著なファラデー回転が発生している。
• 電子-陽子ジェットを仮定した場合、エネルギー等分配を用いて磁場強度を310 ± 15 μGと推定した。電子-陽電子ジェットでは90 ± 5 μGとなった。
• 観測された線形偏光度は源全体で最大55%に達し、無秩序または乱流的磁場ではなく、整合性のある磁場構造が存在することを支持している。
• 外側ジェット領域における磁場ベクトルのジェット軸に対する傾きは、中心軸近くに縦方向磁場が存在し、外側ではトロイダル磁場成分が重畳している可能性を示唆している。
• 導出された熱的電子密度（nₑ ≈ 0.1 cm⁻³）は、通常の銀河間空間密度よりも高いが、特に電子-陽子ジェットモデルにおいて、ジェットまたはそのココウ内にイオン化ガスが存在することと整合的である。