[논문 리뷰] A Re-examination of the Distribution of Galactic Free Electrons

Gilberto C. Gómez, Robert A. Benjamin외 1명|ArXiv.org|2001. 05. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 84인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 독립적인 거리 측정치를 가진 109개의 펄서 샘플을 업데이트하여 은하계 자유 전자의 분포를 재평가한다. 축대칭인 두 성분 모형을 제안하며, 수평적 프로파일은 지수 함수를 사용한다. 지역적 중면 밀도는 각각 2.03×10⁻² cm⁻³ 및 0.71×10⁻² cm⁻³이며, 척도 높이는 각각 1.07 kpc 및 0.053 kpc이다. 두꺼운 성분은 거의 변화가 없고, 얇은 성분은 몇 킬로파섹 내의 짧은 반경 스케일 길이를 가진다.

ABSTRACT

We present a list of 109 pulsars with independent distance information compiled from the literature. Since the compilation of Frail & Weisberg, there are 35 pulsars with new distance estimate and 25 pulsars for which the distance or distance uncertainty have been revised. We used this data to fit a smooth, axisymmetric, two disk model of the distribution of galactic electrons. The two exponential model components have mean local midplane densities at the solar circle of 2.03e-2 cm^-3 and 0.71e-2 cm^-3, and scale heights of 1.07 and 0.053 kpc. The thick component shows very little radial variation, while the second has a radial scale length of only a few kiloparsecs. We also examined a model which varies as sech^2(x), rather than exp(-x), in both the radial and vertical direction. We prefer this model with no midplane cusp, but find that the fit parameters essentially describe the same electron distribution. The distances predicted by this distribution have a similar scatter as the more complex model of Taylor & Cordes. We examine the pulsars that deviate strongly from this model. There are two regions of enhanced dispersion measure, one of which correlates well with the Sagittarius-Carina spiral arm. We find that the scatter of the observed dispersion measure from the model is not fit well by either a normal or log-normal distribution of lump sizes, but may be caused instead by the uncertainties in the distances.

연구 동기 및 목표

• 최근의 더 큰 데이터셋과 독립적인 거리 측정치를 바탕으로 은하계 자유 전자 분포 모델을 업데이트하기 위해.
• Frail & Weisberg (1990) 이후 새로운 거리 측정치와 재조정된 불확실성에 비추어 Taylor & Cordes (1993) 모형의 타당성을 평가하기 위해.
• 관측된 분산 측도 산란이 따뜻한 이온화 매질 내부의 본질적 불균일성인지, 거리 측정 불확실성 때문인지 파악하기 위해.
• 중면 쿠스 없이 분포를 더 잘 기술할 수 있도록 sech²(r) 및 sech²(z) 함수 형태를 포함한 대안적 전자 밀도 프로파일을 탐구하기 위해.
• 이례적인 분산 측도 지역을 식별하고, 사기리우스-카리나 암부와 같은 알려진 나선형 암부와의 상관관계를 조사하기 위해.

제안 방법

• 문헌에서 확보한 109개의 펄서 데이터셋을 편성하였으며, 이는 35개의 새로운 측정치와 Frail & Weisberg (1990) 이후 25개의 재측정 거리 포함.
• 관측된 분산 측도와 펄서 거리에 대해 지수 수평 및 반경 프로파일을 가진 두 성분 축대칭 모형을 피팅.
• 표준 지수 모형 대신 중면 쿠스를 피하기 위해 sech²(r) 및 sech²(z) 기능 형태를 대안으로 사용.
• 예측된 거리와 관측된 거리의 비교를 통해 새로운 축대칭 모형과 Taylor & Cordes 모형의 예측 능력을 평가.
• 분산 측도 잔차를 분석하여 산란이 정규 또는 로그정규 분포의 덩어리 크기 분포와 일치하는지 평가.
• WHAM Hα 조사 데이터와 업데이트된 HII 영역 목록을 활용하여 나선형 암부 구조를 정보로 제공하고 모형 제약 조건을 향상시킴.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 35개의 새로운 및 25개의 재측정된 펄서 거리 측정치 포함가 은하계 내 자유 전자의 추정 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 모형 예측 주변에서 관측된 분산 측도 산란이 전자 밀도 변동의 정규 또는 로그정규 분포를 따르는가?
• RQ3 sech²(r) 및 sech²(z) 프로파일을 가진 두 성분 축대칭 모형이 표준 지수 모형보다 전자 분포를 더 잘 기술할 수 있는가?
• RQ4 분산 측도의 이질성은 사기리우스-카리나 나선형 암부와 같은 알려진 나선형 암부와 어느 정도 상관이 있는가?
• RQ5 관측된 거리와 예측된 거리 간의 오차는 주로 거리 측정 불확실성 때문인지, 아니면 따뜻한 이온화 매질 내부의 본질적 비균일성 때문인가?

주요 결과

• 두 성분 모형은 각각 두꺼운 디스크의 지역 중면 전자 밀도 2.03×10⁻² cm⁻³ 및 얇은 디스크의 0.71×10⁻² cm⁻³를 도출하였으며, 척도 높이는 각각 1.07 kpc 및 0.053 kpc이다.
• 두꺼운 디스크 성분은 거의 반경 방향 변화가 없고, 얇은 디스크 성분은 몇 킬로파섹 내의 짧은 반경 스케일 길이를 가진다.
• 중면 쿠스가 없기 때문에 sech²(r) 및 sech²(z) 모형이 지수 모형보다 선호되었으며, 거의 동일한 매개변수로 동일한 전자 분포를 기술하였다.
• 새로운 모형에서 예측된 거리의 산란은 더 복잡한 Taylor & Cordes 모형과 유사하여 유사한 예측 정확도를 보였다.
• 분산 측도가 높은 두 지역이 식별되었으며, 그 중 하나는 사기리우스-카리나 나선형 암부와 강하게 상관되어 지역적 전자 밀도 증가를 시사한다.
• 관측된 분산 측도의 산란은 정규 또는 로그정규 덩어리 크기 분포에 잘 맞지 않으며, 오히려 주로 펄서 거리 측정 불확실성에 의해 주로 이끌릴 수 있다.