[논문 리뷰] The Westerbork SINGS Survey II. Polarization, Faraday Rotation, and Magnetic Fields

G. Heald, Róbert Braun외 1명|arXiv (Cornell University)|2009. 05. 25.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 40인용 수 120

한 줄 요약

이 연구는 웨스터버르크 합성 전파망원경을 사용하여 28개의 근접한 나선파일성 은하에서 선형 편광된 전파 연속기 밝기와 파라데이 회전을 체계적이고 고감도로 조사한 최초의 연구이다. RM-합성 기법을 적용하여, 반사되는 주요축을 따라 최소가 되는 편광 강도의 회전각 조절을 관측하여 대규모의 순서 정렬된 자기장 기하구조를 밝혀내었으며, ±100–200 rad m⁻² 정도의 이격을 보이는 여러 핵심 파라데이 깊이 성분을 검출하여 은하핵 부근의 복잡한 자기장 기하구조를 시사한다.

ABSTRACT

A sample of large northern Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS) galaxies has recently been observed with the Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT). We present observations of the linearly polarized radio continuum emission in this WSRT-SINGS galaxy sample. Of the 28 galaxies treated in this paper, 21 are detected in polarized radio continuum at 18- and 22-cm wavelengths. We utilize the rotation measure synthesis (RM-Synthesis) method, as implemented by Brentjens & de Bruyn, to coherently detect polarized emission from a large fractional bandwidth, while simultaneously assessing the degree of Faraday rotation experienced by the radiation along each line-of-sight. This represents the first time that the polarized emission and its Faraday rotation have been systematically probed down to ~10 microJy/beam RMS for a large sample of galaxies. Non-zero Faraday rotation is found to be ubiquitous in all of the target fields, from both the Galactic foreground and the target galaxies themselves. In this paper, we present an overview of the polarized emission detected in each of the WSRT-SINGS galaxies. The most prominent trend is a systematic modulation of the polarized intensity with galactic azimuth, such that a global minimum in the polarized intensity is seen toward the kinematically receding major axis. The implied large-scale magnetic field geometry is discussed in a companion paper. A second novel result is the detection of multiple nuclear Faraday depth components that are offset to both positive and negative RM by 100-200 rad/m^2 in all targets that host polarized (circum-)nuclear emission.

연구 동기 및 목표

• 근접한 나선파일성 은하의 자기장 기하구조를 선형 편광 전파 연속기 밝이를 통해 체계적으로 탐색하기.
• 넓은 샘플의 은하에서 파라데이 회전을 측정하여 천체선을 따라 전자 밀도와 자기장 기하구조를 추론하기.
• 질서 정렬된 자기장이 은하 구조 형성과 항성 형성 조절에 미치는 역할을 규명하기.
• 편광된 기간이 있는 은하핵에서 여러 파라데이 깊이 성분의 존재를 조사하여, 복잡한 자기장 또는 플라즈마 구조를 밝혀내기.
• 향후 차세대 전파망원경을 위한 고해상도, 넓은 대역폭 편광 조사의 기초를 마련하기.

제안 방법

• 웨스터버르크 합성 전파망원경(WSRT)을 사용하여 18cm 및 22cm 파장에서 선형 편광 전파 연속기 밝기를 관측함.
• Brentjens & de Bruyn의 RM-합성 기법을 적용하여 넓은 분수 대역폭에서 편광 기간을 일관되게 탐지하고, 파라데이 회전 측정치(RM)를 측정함.
• 회전 측정치 합성 기법을 사용하여 파라데이 분산 함수를 재구성하고 데이터 내 다중 파라데이 깊이 성분을 식별함.
• 파라데이 회전 측정치를 이용해 편광 각도를 보정하여 천체선에 수직인 방향의 자기장 방향을 매핑함.
• 편광 강도를 회전각에 따라 구간 분할하여 은하 위치각에 따른 체계적 변화를 탐지함.
• 은하의 기여를 분리하기 위해 은하계 외부 파라데이 회전 기여를 보정함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 편광된 전파 기간을 통해 드러나는 근접한 나선파일성 은하의 자기장 기하구조는 어떤 대규모 형태를 띄는가?
• RQ2 편광 강도는 은하의 회전각에 따라 어떻게 변화하며, 이는 자기장 기하구조에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 편광 기간이 있는 은하핵에서 여러 파라데이 깊이 성분이 존재하는가? 이는 자기장 기하구조에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 대상 영역의 파라데이 회전은 은하계 외부 기여에 의해 발생하는가, 아니면 내재된 은하 플라즈마에 의해 발생하는가?
• RQ5 관측된 편광 및 RM 패턴은 축대칭 또는 이중대칭 자기장 모델로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 18개의 은하 중 21개에서 선형 편광 전파 연속기 밝기를 검출하였으며, 모두 Hubble 타입이 Sab에서 Sd 사이인 경우.
• 체계적인 회전각 조절이 관측되었으며, 편광 강도가 운동학적으로 멀어지는 주요축을 따라 최소가 되어 대규모의 질서 정렬된 자기장 기하구조를 시사함.
• 모든 대상 영역에서 비영이 파라데이 회전이 관측되었으며, 은하계 외부 기여와 내재된 은하 플라즈마 기여가 모두 포함됨.
• 두드러진 핵심 기간이 있는 은하에서는 파라데이 분산 함수가 넓어지거나 분리되는 경향을 보여, ±100–200 rad m⁻² 정도의 이격을 보이는 다중 파라데이 깊이 성분이 있음을 시사함.
• 외부 기여를 제거한 후 양의 및 음의 순수 RM이 모두 존재함을 확인하여, 은하핵 근처에서 천체선 방향 자기장 성분이 반전되었음을 시사하며, 이는 반경 방향 자기장과 일치함.
• 관측된 편광 및 RM 패턴은 축대칭 또는 이중대칭 자기장 모델과 일치하며, 가능성이 있는 수직 자기장 성분을 포함함.