[논문 리뷰] A Sino-German 6cm polarization survey of the Galactic plane IV. The region from 60deg to 129deg longitude

Xiao Li, J. L. Han외 6명|arXiv (Cornell University)|2011. 02. 15.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 41인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 우루무치 25m 망원경을 사용하여 은하수 평면의 60°에서 129°에 이르는 은하경도 범위에서 고해상도 λ6 cm 선형 편광 조사 결과를 제시한다. WMAP 데이터의 외삽을 통해 대규모 편광 구조를 복원하였으며, 두 개의 새로운 H II 영역을 규명하고, H II 영역 가장자리에서 관측된 편광 감쇠 특성들이 파라데이 스크린 모델과 일치함을 확인하였다. 또한 내부 은하에서 높은 난류로 인해 소규모 편광 변동성이 증가함을 발견하여 은하 자기장과 희박한 간성간 매질 및 이산체 객관 간의 상호작용에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

Linear polarization of diffuse Galactic emission is a signature of magnetic fields in the interstellar medium of our Galaxy. Observations at high frequencies are less affected by Faraday depolarization than those at lower frequencies and are able to detect polarized emission from more distant Galactic regions. We attempt to perform a sensitive survey of the polarized emission from the Galactic disk at 6 cm wavelength. We made polarization observations of the Galactic plane using the Urumqi 25-m telescope at 6 cm covering the area of 60deg< l <129deg and |b|<5deg. Missing large-scale structures in polarization were restored by extrapolation of the WMAP polarization data. We present the 6cm total intensity and linear polarization maps of the surveyed region. We identify two new extended HII regions G98.3-1.6 and G119.6+0.4 in this region. Numerous polarized patches and depolarization structures are visible in the polarization maps. Depolarization along the periphery of a few HII complexes was detected and can be explained by a Faraday screen model. We discuss some prominent depolarization HII regions, which have regular magnetic fields of several $μ$G. Structure functions of U, Q and PI images of the entire 6cm survey region of 10deg< l < 230deg exhibit much larger fluctuation power towards the inner Galaxy, which suggests a higher turbulence in the arm regions of the inner Galaxy. The Sino-German 6cm survey reveals new properties of the diffuse magnetized interstellar medium. The survey is also very useful for studying individual objects such as HII regions, which act as Faraday screens and have high rotation measures and therefore strong regular magnetic fields inside the regions.

연구 동기 및 목표

• 은하수 매질 내 자기장의 구조와 강도를 연구하기 위해 은하수 평면의 총 강도 및 선형 편광을 λ6 cm에서 맵핑하는 것.
• WMAP K밴드 편광 데이터의 외삽을 통해 대규모 편광 구조 복원의 한계를 극복하고, 누락된 대규모 U 및 Q 성분을 복원하는 것.
• 확장된 H II 영역 및 편광 구조를 특정하고 특성화하는 것, 특히 파라데이 스크린으로 기능하는 것들에 중점을 두는 것.
• 구조 함수 분석을 사용하여 다양한 은하경도에서 편광 방출의 변동성 특성을 분석하는 것.
• 자기장 난류, 은하 나선 팔의 구조, 그리고 편광 방출 형태 간의 관계를 조사하는 것.

제안 방법

• 60° ≤ l ≤ 129° 및 |b| ≤ 5° 범위에서 우루무치 25m 망원경을 사용해 λ6 cm 편광 관측을 수행하여 9.5′ 해상도를 확보하였다.
• WMAP 5년치 K밴드 편광 데이터의 외삽을 통해 대규모 편광 구조(U 및 Q)를 복원하여 희박한 방출 맵의 정확도를 향상시켰다.
• H II 영역 가장자리의 편광 감쇠 특성을 파라데이 스크린 모델에 적용하여 시선 방향 자기장 강도를 추정하였다.
• U, Q, 그리고 PI 맵에 대해 구조 함수 분석(F ∝ A(Δθ)^n)를 적용하여 조사 영역 전반에서 편광 방출의 변동성 강도와 척도 의존성을 정량화하였다.
• 나선 팔의 탄젠트 방향과 강한 소스 분포에 따라 조사 영역을 경도 섹션으로 나누어 변동성 강도의 공간적 변동성을 분석하였다.
• 구조 함수 계산에서 초신성 잔해물의 일관된 구조를 제거하여 희박 매질의 변동성만을 고립시켰다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 60°에서 129° 경도 사이의 은하수 평면 λ6 cm 조사에서 새로운 확장된 H II 영역 또는 편광 구조는 무엇이 밝혀졌는가?
• RQ2 H II 영역 가장자리의 편광 감쇠 특성은 파라데이 회전과 어떻게 관련되어 있으며, 이를 통해 어떤 시선 방향 자기장 강도를 유추할 수 있는가?
• RQ3 편광 방출의 변동성 강도는 다양한 은하경도에서 어떻게 변화하는가? 이는 간성간 매질 내 난류에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 은하수 팔과 간팔 영역의 대규모 자기장은 λ6 cm에서 관측된 편광 구조에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ5 U, Q, 그리고 PI 맵의 구조 함수의 비율 법칙 지수(n)와 강도(A)는 내부 은하와 외부 은하에서 어떻게 변화하는가? 이러한 변화는 자기장 구조의 형태에 대해 어떤 정보를 제공하는가?

주요 결과

• 조사 영역 내에서 두 개의 새로운 확장된 H II 영역인 G98.3−1.6과 G119.6+0.4가 규명되었다.
• 여러 H II 영역의 가장자리에서 편광 감쇠 특성을 관측하고 파라데이 스크린 모델로 해석하였으며, 시선 방향 자기장 강도가 수 마이크로 테슬라(μG) 수준임을 추정하였다.
• 구조 함수 분석을 통해 U, Q, 그리고 PI 맵의 변동성 강도(A)가 내부 은하(예: 100° ≤ l ≤ 130°)에서 뚜렷하게 높아, 팔 영역 내에서 난류가 증가함을 시사하였다.
• 모든 편광 성분에 대해 구조 함수의 비율 법칙 지수(n)는 30′에서 3°의 척도 범위에서 모든 지역에서 약 0.5에 가까웠으며, 이는 편광 구조가 척도에 따라 자가유사적인 분포를 가짐을 나타내었다.
• 더 큰 경도에서의 낮은 변동성 강도(예: 160° ≤ l ≤ 200°)는 약한 편광 방출과 관련되어 있으며, 반중심 영역에서 무작위 자기장이 지배적임을 시사한다.
• 몇 도의 각지름을 가지는 큰 편광 패치가 감지되었으며, 이는 약 1 kpc 이내의 이산적이고 근접한 기원을 가리킬 가능성이 높다.