[논문 리뷰] A Sino-German lambda6 cm polarization survey of the Galactic plane I. Survey strategy and results for the first survey region

X. Sun, J. L. Han외 5명|ArXiv.org|2006. 11. 20.

Electrical and Electromagnetic Research참고 문헌 1인용 수 55

한 줄 요약

이 논문은 우루무치 25m 전파망원경을 사용하여 은하수 평면에서 수행한 중국-독일 연합 λ6 cm 편광 조사의 최초 결과를 제시한다. 이 조사는 9.5 arcmin의 해상도를 확보하였다. 두 개의 새로운 파라데이 스크린이 특정화되었으며, 그 중 하나는 2.8 kpc 거리에 위치한 희미한 HII 영역인 G124.9+0.1(선형 투과 방향 자기장 강도 3.9 μG)이며, 다른 하나는 >6.4 μG 자기장을 지닌 대규모 스크린인 G125.6−1.8이다. 이 조사는 약한 싱크로트론 복사와 페르세우스 은하수 이외의 강력하고 규칙적인 자기장을 탐지할 수 있는 능력을 입증하였다.

ABSTRACT

(Abridged) Polarization measurements of the Galactic plane at lambda6 cm probe the interstellar medium (ISM) to larger distances compared to measurements at longer wavelengths, hence enable us to investigate properties of the Galactic magnetic fields and electron density. We are conducting a new lambda6 cm continuum and polarization survey of the Galactic plane covering 10degr < l < 230degr and |b|<5degr. Missing large-scale structures in the U and Q maps are restored based on extrapolated polarization K-band maps from the WMAP satellite. The lambda6 cm data are analyzed together with maps at other bands. We discuss some results for the first survey region, 7degr X 10degr in size, centered at (l,b)=(125.5degr, 0degr). Two new passive Faraday screens, G125.6-1.8 and G124.9+0.1, were detected. They cause significant rotation of background polarization angles but little depolarization. G124.9+0.1 was identified as a new faint HII region at a distance of 2.8 kpc. G125.6-1.8, with a size of about 46 pc, has neither correspondence in enhanced Halpha emission nor a counterpart in total intensity. A model combining foreground and background polarization modulated by the Faraday screen was developed. Using this model, we estimated the strength of the ordered magnetic field along the line of sight to be 3.9 microGauss for G124.9+0.1, and exceeding 6.4 microGauss for G125.6-1.8. We obtained an estimate of 2.5 and 6.3 mK/kpc for the average polarized and total synchrotron emissivity towards G124.9+0.1. The synchrotron emission beyond the Perseus arm is quite weak.

연구 동기 및 목표

• 은하수 평면을 λ6 cm에서 고감도 및 고각해상도로 맵핑하여 자기성 이온성 간성우주물질(ISM)을 연구하기 위해.
• 단일망원경 조사에서 발생하는 대규모 편광 구조의 누락 문제를 해결하기 위해 외부 데이터를 이용해 0레벨 정보를 복원하기 위해.
• 편광 및 스펙트럼 지수 분석을 통해 파라데이 스크린과 HII 영역을 식별하고 특성화하기 위해.
• 모델 피팅을 통해 순서 정렬된 자기장 강도와 ISM 내 싱크로트론 복사 강도를 측정하기 위해.
• 은하수 디스크 내 대규모 자기장 구조와 전자 밀도 분포에 대한 이해를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 우루무치 25m 전파망원경을 이용해 은하수 평면의 λ6 cm 연속 및 편광 관측을 수행하였으며, 10° ≤ l ≤ 230° 및 |b| ≤ 5° 범위를 커버하였다.
• 스펙트럼 지수 −2.8을 사용해 WMAP K밴드(22.8 GHz) 편광 지도를 4.8 GHz로 외삽함으로써 Q 및 U 스토킹스 변수에서 누락된 대규모 구조를 복원하였다.
• 다중주파수 관측 자료와 결합하여 스펙트럼 지수를 분석하고 복사 성분을 식별하였다.
• 파라데이 스크린에 의해 조절되는 배경 및 전경 편광을 조합한 모델을 피팅하여 자기장 기여와 복사 강도 기여를 분리하였다.
• 스펙트럼 지수 분석 및 IRAS 복사 강도 비율을 활용해 확장된 소스를 HII 영역 또는 초신성 잔해(SNR)로 분류하였다.
• 모델 피팅을 적용하여 선형 경로를 따라 자기장 강도와 싱크로트론 복사 강도를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수 평면에서 λ6 cm에서의 대규모 자기장 구조는 어떤 특성을 지니는가?
• RQ2 외부 데이터를 이용해 단일망원경 조사에서 발생하는 대규모 편광 구조의 누락 문제를 효과적으로 복원할 수 있는가?
• RQ3 최근 탐지된 파라데이 스크린의 자기장 강도와 전자 밀도는 각각 얼마인가?
• RQ4 SNR 및 HII 영역과 같은 확장된 소스의 스펙트럼 지수는 그 성질을 어떻게 제약하는가?
• RQ5 페르세우스 은하수 이외의 영역에서 싱크로트론 복사 강도는 어느 정도이며, 기대치와 비교해 보면 어떠한가?

주요 결과

• 두 개의 새로운 파라데이 스크린이 탐지되었으며, 그 중 하나는 2.8 kpc 거리에 위치한 희미한 HII 영역인 G124.9+0.1로, 선형 경로를 따라 자기장 강도가 3.9 μG였다.
• G125.6−1.8은 자기장 강도가 6.4 μG 이상이며 전자 밀도가 최대 0.84 cm⁻³인 대규모 파라데이 스크린이다.
• SNR G126.2+1.6의 스펙트럼 지수는 직선 스펙트럼과 일치하여 이전에 보고된 스펙트럼 곡률 주장은 부정되었다.
• 페르세우스 은하수 이외의 영역에서 싱크로트론 복사는 약한 편이며, 평균 극화 복사 강도는 2.5 mK kpc⁻¹, 총 복사 강도는 G124.9+0.1 방향으로 6.3 mK kpc⁻¹로 추정되었다.
• WMAP 자료를 이용한 0레벨 복원이 편광 지도의 정밀도를 크게 향상시켜 은하수 평면과 정렬된 규칙적인 자기장 구조를 드러내었다.
• 모델 피팅을 통해 전경 및 배경 편광을 성공적으로 분리하여 ISM 내 자기장 강도와 복사 강도의 신뢰성 있는 추정이 가능해졌다.