[논문 리뷰] A New Catalog of Faraday Rotation Measures and Redshifts for Extragalactic Radio Sources

A. Hammond, Timothy Robishaw외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 07.

Radio Astronomy Observations and Technology참고 문헌 2인용 수 29

한 줄 요약

이 논문은 이전 연구들에 비해 표본 크기와 적색이동 범위(최대 z=5.3)에서 크게 확장된 4,003개의 은하계 외 부류 전파원에 대한 파장 회전 측정치(RM)와 적색이동의 새로운 카탈로그를 제시한다. 은하수의 전경 RM을 보정함으로써 잔류 회전 측정치(RRM)를 도출하였으며, RRM이 적색이동과 함께 유의미한 진화를 보이지 않음을 발견했지만, 분극도 비율과 강한 반상관관계를 보이며, 은하수 외부의 간섭하는 자기화된 플라즈마의 미세 구조적 변동으로 인한 비스듬한 비분극화를 시사한다.

ABSTRACT

We present a catalog of Faraday rotation measures (RMs) and redshifts for 4003 extragalactic radio sources detected at 1.4 GHz, derived by identifying optical counterparts and spectroscopic redshifts for linearly polarized radio sources from the NRAO VLA Sky Survey. This catalog is more than an order of magnitude larger than any previous sample of RM vs. redshift, and covers the redshift range 0 < z < 5.3 ; the median redshift of the catalog is z = 0.70, and there are more than 1500 sources at redshifts z > 1. For 3650 of these sources at Galactic latitudes |b| >= 20 degrees, we present a second catalog in which we have corrected for the foreground Faraday rotation of the Milky Way, resulting in an estimate of the residual rotation measure (RRM) that aims to isolate the contribution from extragalactic magnetic fields. We find no significant evolution of RRM with redshift, but observe a strong anti-correlation between RRM and fractional polarization, p, that we argue is the result of beam depolarization from small-scale fluctuations in the foreground magnetic field or electron density. We suggest that the observed variance in RRM and the anti-correlation of RRM with p both require a population of magnetized intervening objects that lie outside the Milky Way but in the foreground to the emitting sources.

연구 동기 및 목표

• 우주 자기장 진화 연구를 위한 정교한 분석이 가능하도록, 은하계 외 전파원에 대한 파장 회전 측정치(RM)와 적색이동의 대규모이고 균일한 카탈로그를 구축하기 위해.
• 이전의 RM-적색이동 연구에서 표본 크기가 작고 이질적인 제한으로 인해 자기장의 우주적 진화에 대한 민감도가 제한되었음을 해결하기 위해.
• 은하수 전경 RM을 보정함으로써 은하계 외부 기여를 분리하고 잔류 회전 측정치(RRM) 카탈로그를 생성하기 위해.
• RRM, 분극도 비율, 그리고 적색이동 간의 관계를 조사하여 간섭하는 자기화된 구조의 성질과 분포를 탐구하기 위해.

제안 방법

• 1.4 GHz에서 NVSS의 4,003개의 선형 분극도를 가진 전파원에 대해 광학적 대응체를 식별하고 분광적 적색이동을 할당하였다.
• SDSS 및 기타 데이터베이스와의 교차 식별을 통해 적색이동을 할당하고, 은하 또는 활성은하핵(쿼라스)로 소스를 분류하였다.
• 40,000개 이상의 입력 RM을 사용한 은하수 RM 모델을 적용하여 관측된 RM을 보정하고 잔류 회전 측정치(RRM)를 도출하였다.
• 다중 파장 데이터에서 파장 제곱(λ²)에 대한 분극도 각도의 선형 피팅을 수행하여 RM을 결정하였다.
• 측정 불확도, 잔류 은하수 변동, 그리고 은하계 외 기여를 고려하여 RRM의 오차를 계산하였다.
• 物理 메커니즘을 추론하기 위해 RRM, 적색이동, 분극도 비율 간의 상관관계를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 잔류 회전 측정치(RRM)의 분산이 우주적 적색이동과 함께 진화하는가? 이는 시간이 지남에 따라 은하계 외부 자기장 강도의 변화를 시사하는가?
• RQ2 분극도를 가진 전파원에서 관측된 RRM과 분극도 비율 간의 반상관관계의 기원은 무엇인가?
• RQ3 자기장과 전자 밀도의 미세 구조적 변동이 천체거리에서 파장 회전과 분극도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 은하수 전경 RM이 은하계 외부 RRM 측정치의 해석을 얼마나 심각하게 편향시키며, 이를 정확하게 모델링할 수 있는가?
• RQ5 관측된 RRM과 비분극화 효과를 일으키는 물리적 구조(예: 간섭하는 은하, 허브, 군집 등)는 무엇인가?

주요 결과

• 카탈로그에는 적색이동이 z=5.3까지 확장된 4,003개의 은하계 외 전파원이 포함되어 있으며, 이는 이전의 어떤 RM-적색이동 표본보다도 10배 이상 크다.
• 중위 적색이동은 z=0.70이며, z>1인 소스가 1,500개 이상 포함되어 있어 고적색이동에서의 우주의 자기장 연구가 가능하다.
• RRM 분산의 적색이동에 따른 유의미한 진화는 관측되지 않아, 고적색이동에서 산란이 증가한다는 이전의 주장과 모순된다.
• RRM과 분극도 비율 간에 강한 반상관관계가 발견되었으며, |RRM| > 20 rad m⁻²인 소스는 분극도 비율이 상당히 감소함을 보였다.
• 관측된 RRM 분산(23 rad m⁻²)은 측정 오차에서 13 rad m⁻², 잔류 은하수 변동에서 12–17 rad m⁻², 간섭하는 시스템의 은하계 외 파장 회전에서 10–15 rad m⁻²로 분해되었다.
• 결과는 은하수 외부에 존재하는 자기화된 간섭 물체의 집단이 존재하며, 이들이 RRM과 비스듬한 비분극화를 동시에 일으키며, 이는 주로 미세 구조적 자기장과 밀도 변동 때문임을 시사한다.