[논문 리뷰] Effect of intervening Mg II systems on residual rotation measure of background QSOs

Sunil Malik, Hum Chand외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 28.

Astronomical Observations and Instrumentation참고 문헌 3인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 970개의 활성은하핵을 대상으로 회전 측정치(RM)와 적외선 스펙트럼을 분석하여 간섭하는 Mg II 흡수체가 잔여 RM 산산의 증가를 유의미하게 유도함을 보여주며, 이는 고적색변위 은하에서 자화된 플라즈마의 존재를 시사한다. 초과 표준편차 40.57 ± 2.52 rad m⁻²와 편광과의 강한 반상관관계는 근처 은하와 유사한 강도의 자기장을 지닌다는 것을 시사하며, 이 자기장은 아마도 무작위로 배열되어 있을 것이다.

ABSTRACT

Excess extragalactic contribution to residual rotation measure (RRM) for quasars for sightlines with intervening Mg II absorbers is a powerful tool to investigate the presence of magneto-active plasma and to estimate the strength of the magnetic field in high-redshift galaxies. We have compiled a large sample of 970 quasars for which we have RRM data as well as optical spectra to check for intervening Mg II absorbers. We found that the dispersion in RRM ($\sigma_{rrm}$) for 294 sightlines having Mg II intervening systems is 45.91$\pm2.04$ rad m$^{-2}$ as compared to its value of 21.47$\pm1.93$ rad m$^{-2}$ for the 676 sightlines. This result in an excess standard deviation ($\sigma_{rrm}^{ex}$) of 40.57$\pm2.52$ rad m$^{-2}$ among these two subsample. We have also found that the subset of sightlines with two Mg II absorbers have more $\sigma_{rrm}$ than the subset with one absorber, having values of 35.62$\pm4.63$ rad m$^{-2}$ and 28.28$\pm2.35$ rad m$^{-2}$, respectively. It is also noticed that there is an increasing trend in $\sigma_{rrm}$ for larger rest frame equivalent width ($EW_{r}$), having values 40.48$\pm 2.71$ rad m$^{-2}$ and 55.53$\pm 3.18$ rad m$^{-2}$ for $EW_{r}<$1\AA and $EW_{r}\ge$1\AA, respectively. Additionally, we found a strong anti-correlation between $\sigma_{rrm}$ and fractional polarisation ($p$) with the Pearson correlation coefficient ($ ho_{p}$) of $-0.78$ for sightlines with Mg II absorbers. This gives support to the hypothesis that intervening Mg II absorbers do have magnetic field of sufficient strength, and perhaps oriented in random directions, leading to a scatter in RRM and hence also causing a reduction in the resultant fractional polarization. All these observational evidences, allow us to infer the presence of magnetised plasma in intervening high redshift galaxies with strengths similar to that in nearby galaxies.

연구 동기 및 목표

• 간섭하는 Mg II 흡수체가 배경 활성은하핵의 초과 잔여 회전 측정치(RRM)에 기여하는지 조사하기.
• RRM 산산을 탐사수단으로 사용하여 고적색변위 은하의 자기장 존재 및 강도를 평가하기.
• Mg II 흡수체 특성(예: 등가폭, 시스템 수 등)과 RRM 산산 간의 관계를 검토하기.
• 자기장이 활성은하핵 시선 방향의 분수비율 편광에 미치는 영향을 탐색하기.

제안 방법

• 간섭하는 Mg II 흡수체를 식별하기 위해 총 970개의 활성은하핵에서 측정된 잔여 회전 측정치(RRM)와 적외선 스펙트럼을 수집하였다.
• Mg II 흡수체 유무에 따라 시선 방향의 RRM 산산(σ_rrm)을 계산하여 초과 산산을 정량화하였다.
• Mg II 시스템 수(1개 대비 2개)와 고정프레임 등가폭(EW_r <1 Å 대비 ≥1 Å)로 시선 방향을 분할하여 추세를 평가하였다.
• RRM 산산(σ_rrm)과 분수비율 편광(p) 간의 피어슨 상관계수(ρ_p)를 계산하여 자기장 영향을 검증하였다.
• 통계적 오차 전파를 사용하여 σ_rrm 및 초과 표준편차(σ_rrm^ex)의 불확도를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간섭하는 Mg II 흡수체는 활성은하핵 시선 방향에서 잔여 회전 측정치 산산의 증가에 기여하는가?
• RQ2 Mg II 흡수체를 포함하는 고적색변위 은하에서 자기장으로 인한 RRM 산산의 측정 가능한 초과가 존재하는가?
• RQ3 시선 방향에 있는 Mg II 흡수체의 수가 RRM 산산에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 Mg II 흡수체의 고정프레임 등가폭이 RRM 산산과 상관관계가 있는가?
• RQ5 RRM 산산과 분수비율 편광 간에 감지 가능한 반상관관계가 존재하는가? 이는 자기장 영향을 시사하는가?

주요 결과

• Mg II 흡수체가 있는 시선 방향의 RRM 산산(σ_rrm = 45.91 ± 2.04 rad m⁻²)은 없는 경우(21.47 ± 1.93 rad m⁻²)보다 유의미하게 높다.
• Mg II 흡수체로 인한 초과 표준편차(σ_rrm^ex)는 40.57 ± 2.52 rad m⁻²로, 자화된 플라즈마의 상당한 기여를 시사한다.
• 두 개의 Mg II 흡수체가 있는 시선 방향은 한 개일 때보다 더 높은 RRM 산산(35.62 ± 4.63 rad m⁻²)을 보인다.
• 고정프레임 등가폭이 증가함에 따라 RRM 산산이 증가하여, EW_r ≥ 1 Å일 경우 55.53 ± 3.18 rad m⁻²로 증가하고, EW_r < 1 Å일 경우 40.48 ± 2.71 rad m⁻²로 나타난다.
• σ_rrm와 분수비율 편광 간에 강한 반상관관계(ρ_p = -0.78)가 발견되어, 무작위 자기장이 RRM 산산을 산산스럽게 하고 편광을 감소시키는 역할을 한다는 것을 뒷받침한다.
• 관측된 RRM 및 편광 경향은 간섭하는 고적색변위 은하가 근처 은하와 유사한 자기장 강도를 지닌 자화된 플라즈마를 포함하고 있음을 종합적으로 시사한다.