[論文レビュー] Using SKA Rotation Measures to Reveal the Mysteries of the Magnetised Universe

M. Johnston‐Hollitt, F. Govoni+22 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2015

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 4被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、700万〜1400万個の銀河間源の回転測定（RM）を測定することで、広範なスケールおよび宇宙の時間にわたる宇宙磁場の高精度マッピングを可能にする、アスラル・スカイの偏光サーベイを提案している。このサーベイは、銀河、銀河団、および宇宙の網状構造における磁場の構造、進化、影響を明らかにすることで、磁気科学の分野を革命的に変えるものであり、『高精度磁気科学の時代』の幕開けを告げる。

ABSTRACT

We know that magnetic fields are pervasive across all scales in the Universe and over all of cosmic time and yet our understanding of many of the properties of magnetic fields is still limited. We do not yet know when, where or how the first magnetic fields in the Universe were formed, nor do we fully understand their role in fundamental processes such as galaxy formation or cosmic ray acceleration or how they influence the evolution of astrophysical objects. The greatest challenge to addressing these issues has been a lack of deep, broad bandwidth polarimetric data over large areas of the sky. The Square Kilometre Array will radically improve this situation via an all-sky polarisation survey that delivers both high quality polarisation imaging in combination with observations of 7-14 million extragalactic rotation measures. Here we summarise how this survey will improve our understanding of a range of astrophysical phenomena on scales from individual Galactic objects to the cosmic web.

研究の動機と目的

• 宇宙磁気の根本的な未知要因に取り組むこと、具体的には、宇宙時間およびスケールにわたる磁場の起源、形成、進化に関するものである。
• 現在の電波サーベイが偏光研究に適した感度、ダイナミックレンジ、天の川カバー範囲に欠けるという限界を克服すること。
• 回転測定グリッドを用いて、のちに銀河の磁場、大マゼラン雲、銀河団、および宇宙の網状構造における磁場を統計的に調査すること。
• 宇宙赤方偏移の関数として、普通の銀河および活動銀河核（AGN）の磁場的性質を包括的に調査すること。
• 赤方偏移 z ≈ 10 まで及ぶ微弱な電波源および遠方の天体の偏光放射および磁場構造を解明すること。

提案手法

• SKA1-MIDを用いて、高感度、広帯域（950–1760 MHz）、広視野を活かした、深さと広範囲を兼ね備えた全天偏光サーベイを実施する。
• 700万〜1400万個の銀河間源の回転測定（RM）を測定し、磁場構造の統計的分析に適した高密度RMグリッドを構築する。
• 回転測定合成およびファラデー・トモグラフィーを適用し、のちに銀河系、銀河団、および外部銀河における視線方向の磁場構造を分離する。
• 連続スペクトルおよびHI吸収サーベイと併用観測を行い、ガス、星形成、磁場の多波長分析を可能にする。
• 深さと高解像度のサーベイ（例：2”解像度で10 deg²）を実施し、微弱な偏光スカイおよび微弱銀河集団を調査する。
• すべてのSKA連続スペクトル観測に対して、RMを含む完全な偏光データ製品を提供することで、科学的リターンを最大化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙における最初の磁場は、いつ、どこで、どのようにして生成され、何のプロセスによって種まきされたのであろうか？
• RQ2 磁場は、銀河形成、宇宙線加速、および宇宙時間にわたる天体の進化にどのように影響を与えるのであろうか？
• RQ3 銀河団、近傍銀河、およびのちに銀河系ハローにおける磁場の構造、乱流、および半径分布はどのようなものであろうか？
• RQ4 RMサーベイを用いて、宇宙の網状構造の磁場成分を検出および特徴づけることは可能であろうか？
• RQ5 AGNジェットおよび電波ハロー内の磁場は赤方偏移とともにどのように進化するのであろうか？また、星形成およびガス含量と何の関係があるのであろうか？

主な発見

• SKAは、700万〜1400万個の回転測定を測定するレガシーサーベイを提供し、宇宙磁場の統計的分析を画期的に可能にする。
• ファラデー・トモグラフィーにより、磁場マッピングでサブ・アーセコンドの解像度が達成され、従来VLBIでのみ可能であった、銀河団および銀河内の構造を解像可能にする。
• 本サーベイにより、微弱な偏光スカイの最初の統計的有意な調査が可能となり、2”解像度で75 nJy/beamの深さにまで到達する。
• 銀河およびAGNにおける磁場の進化が、宇宙時間にわたって追跡可能となり、赤方偏移 z ≈ 10 まで偏光スペクトルエネルギー分布の検出が可能になる可能性がある。
• SKAは、のちに銀河系および近傍銀河における磁気イオン乱流をきめ細かく制約し、宇宙の網状構造の磁場を検出する可能性を秘めている。
• SKA2では、RMグリッド上の源密度が少なくとも4000万個にまで増加し、多様な天体環境における磁場構造のより細かいスケールの解像が可能になる。