[논문 리뷰] A new prescription for the random magnetic field of the Milky W ay

M. Beck, Alexander M. Beck외 4명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 01.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 61인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 GALPROP에서 유도한 업데이트된 우주선 전자 밀도를 사용하여 Jansson & Farrar (JF12) 모델을 확장한, 은하수의 미세 구조 자기장에 대한 새로운 가우시안 랜덤 필드 기반 규정을 제안한다. 이는 WMAP7 22 GHz 데이터 및 전경 회전 측정값 지도와의 개선된 일치를 이룩하며, 은하수 자기장 모델링을 크게 향상시키고 초고에너지 우주선의 편향 연구에 기여한다.

ABSTRACT

We present a new prescription for the small-scale magnetic fi eld of the Milky Way and complement existing models for the total Galactic magnetic fiel d. In particular, we extend the random and striated magnetic field components of the Jansson & Farrar (JF12) model and investigate the characteristics of random magnetic fluctua tions. Thereby the small-scale magnetic field is modelled by Gaussian random fields using a rando m magnetic field power spectrum. We update the spatial distribution of Galactic cosmic ray electron density by a recent GALPROP model. We derive full-sky projections of the total and polarized sy nchrotron intensity as well as the Faraday rotation measure distribution of our model and compare to real data. We obtain good agreement to the WMAP7 22 GHz polarized and total intensity emission maps and we retrieve improved fits to Galactic foreground rotation me asure maps and power spectra of Oppermann et al. Our new prescription significantly compl ements previous models of the GMF and reveals implications for future studies on the deflec tion of ultra high energy cosmic rays (UHECR).

연구 동기 및 목표

• 은하수의 미세 구조 랜덤 및 줄무늬 자기장에 대한 정교한 규정을 개발하기 위해.
• 업데이트된 우주선 전자 밀도 분포를 통합하여 기존의 총 은하수 자기장 모델을 향상시키기 위해.
• 관측 데이터와의 비교를 위해 동기광 강도 및 파라데이 회전 측정값 예측의 정확도를 향상시키기 위해.
• 파wer 스펙트럼 기반 접근법을 사용하여 랜덤 자기장 변동의 특성을 조사하기 위해.
• 초고에너지 우주선의 편향에 대한 향후 연구를 지원하기 위해 더 현실적인 자기장 모델을 제공하기 위해.

제안 방법

• 랜덤 변동을 캡처하기 위해 정의된 파워 스펙트럼을 가진 가우시안 랜덤 필드로 미세 구조 자기장을 모델링하기 위해.
• GALPROP 시뮬레이션 프레임워크에서 유도한 은하수 우주선 전자 밀도의 업데이트된 공간 분포를 통합하여 Jansson & Farrar (JF12) 모델을 확장하기 위해.
• 확장된 자기장 모델을 사용하여 총 및 편광 동기광 강도의 천구 전역 영상 생성하기 위해.
• 새로운 자기장 구성과 전자 밀도 모델 기반으로 파라데이 회전 측정값 분포 계산하기 위해.
• WMAP7 22 GHz 총 및 편광 강도 지도 및 Oppermann 등으로부터의 회전 측정값 지도와 같은 관측 데이터와 모델 출력 비교하기 위해.
• 관측된 전경의 통계적 특성과의 일관성을 검증하기 위해 파워 스펙트럼 분석 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수의 미세 구조 자기장 구조는 어떻게 무작위 필드 이론을 사용하여 더 정확하게 모델링할 수 있는가?
• RQ2 업데이트된 우주선 전자 밀도를 통합할 경우 동기광 방출 및 파라데이 회전 예측에 얼마나 향상되는가?
• RQ3 이전 모델에 비해 새로운 모델이 관측된 WMAP7 22 GHz 총 및 편광 강도 지도를 더 잘 재현할 수 있는가?
• RQ4 모델이 은하수 전경의 회전 측정값의 파워 스펙트럼과 공간 분포에 얼마나 잘 맞는가?
• RQ5 이 개선된 자기장 모델이 초고에너지 우주선의 편향에 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• 새로운 모델은 WMAP7 22 GHz 편광 및 총 강도 방출 지도와 양호한 일치를 보이며, 그 예측 능력을 검증한다.
• 이전 모델에 비해 은하수 전경의 회전 측정값 지도 및 그들의 파워 스펙트럼에 대해 향상된 피팅을 확보한다.
• GALPROP 모델에서 유도한 업데이트된 우주선 전자 밀도의 통합은 자기장 규정의 현실성과 정확도를 향상시킨다.
• 파워 스펙트럼을 기반으로 한 가우시안 랜덤 필드 접근법은 미세 구조 자기장 변동의 통계적 특성을 효과적으로 캡처한다.
• 확장된 모델은 특히 고에너지 천체물리학 응용 분야에서 기존의 은하수 자기장 모델에 중요한 보완을 제공한다.
• 개선된 자기장 표현은 은하 내 초고에너지 우주선의 편향을 모델링하는 데 직접적인 함의를 지닌다.