[論文レビュー] Comparisons of the Interstellar Magnetic Field Directions obtained from the IBEX Ribbon and Interstellar Polarizations

P. C. Frisch, B. G. Andersson+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、太陽系近傍（40 pc以内）の星の光学的偏光から導かれた銀河座標における銀間磁場（ISMF）の向きと、IBEXミッションが観測したエネルギー中性原子（ENA）リボンから推定されるISMFの向きを比較した。約30顆の偏光データを用い、最良の一致するISMFの向きをℓ, b ≈ 38°, 23°と特定した。これはIBEXリボンの弧の中心（33°, 55°）と約33°の差異を示しており、数10パーセクスケールで磁場が一貫している可能性や、大規模な磁場構造または乱流の存在を示唆している。

ABSTRACT

Variations in the spatial configuration of the interstellar magnetic field (ISMF) near the Sun can be constrained by comparing the ISMF direction at the heliosphere found from the Interstellar Boundary Explorer spacecraft (IBEX) observations of a 'Ribbon' of energetic neutral atoms (ENAs), with the ISMF direction derived from optical polarization data for stars within ~40 pc. Using interstellar polarization observations towards ~30 nearby stars within 90 deg of the heliosphere nose, we find that the best fits to the polarization position angles are obtained for a magnetic pole directed towards ecliptic coordinates of lambda, beta 263 deg, 37 deg (or galactic coordinates of L,B 38 deg, 23deg), with uncertainties of +/- 35 deg, based on the broad minimum of the best fits and the range of data quality. This magnetic pole is 33 deg from the magnetic pole that is defined by the center of the arc of the ENA Ribbon. The IBEX ENA ribbon is seen in sightlines that are perpendicular to the ISMF as it drapes over the heliosphere. The similarity of the polarization and Ribbon directions for the local ISMF suggest that the local field is coherent over scale sizes of tens of parsecs. The ISMF vector direction is nearly perpendicular to the flow of local ISM through the local standard of rest, supporting a possible local ISM origin related to an evolved expanding magnetized shell. The local ISMF direction is found to have a curious geometry with respect to the cosmic microwave background dipole moment.

研究の動機と目的

• 太陽系近傍（約40 pc以内）の星の光学的偏光データを用いて、局所銀間磁場（ISMF）の向きを特定すること。
• 星の偏光から導かれたISMFの向きと、IBEXのENAリボンの弧の中心から推定されるISMFの向きを比較すること。
• 太陽系近傍におけるISMFの一体性スケールを評価し、両手法の差異の原因となる可能性のある要因を調査すること。
• 局所ISMFと宇宙背景放射（CMB）ダイポールモーメントの幾何的関係を調査すること。
• 観測されたISMFの向きの差異が、大規模な磁場歪みか小規模な乱流に起因するかどうかを評価すること。

提案手法

• 太陽系の鼻方向から約90°以内に位置し、太陽から約40 pc以内の約30顆の近傍星の光学的偏光位置角を収集した。
• 統計的フィットを用いて、観測値とモデル化された偏光角との残差を最小化する最良の磁場極の向きを特定した。
• 最良の偏光由来のISMFの向きと、ヘリオスフィアに垂直な磁場を示すIBEX ENAリボンの弧の中心が示すISMFの向きを比較した。
• χ²統計量の広い最小値を用いて、偏光に基づくISMFの向きの不確実性を評価し、±35°の不確実性を導出した。
• 導出されたISMFの向きと、CMBダイポールの熱い領域と寒い領域を分ける大円との間の角度差を評価した。
• ヘリオスフィアで磁場が銀間ダスト粒子に与えるフィルタリング効果と、ナノサイズの粒子が偏光に与える可能性のある寄与を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学的偏光による近傍星のデータから導かれる局所銀間磁場（ISMF）の最良の一致する向きは何か？
• RQ2 IBEX ENAリボンから推定されるISMFの向きは、星の偏光データから得られるISMFの向きとどのように異なるか？
• RQ3 両者のISMFの向きの差異は統計的に有意であるか、それとも大規模な磁場構造や乱流の影響を示唆するか？
• RQ4 局所ISMFの向きは、CMBダイポールモーメントが定義する大円と一致するか？
• RQ5 ENAリボンと星の偏光から得られるISMFの向きの類似性や差異は、太陽系近傍におけるISMFの一体性スケールについて何を示唆するか？

主な発見

• 約30顆の近傍星の光学的偏光から導かれた最良のISMFの向きはℓ, b ≈ 38°, 23°（または黄道座標λ, β ≈ 263°, 37°）であり、フィットの広い最小値に基づく不確実性は±35°である。
• IBEXリボンの弧の中心から得られるISMFの向きはℓ, b ≈ 33°, 55°であり、偏光由来の向きと約33°の角度差がある。
• ±35°の不確実性を考慮しても、約33°の差異はわずかに有意であり、大規模な磁場歪みまたは小規模な乱流の可能性を示唆している。
• 導出されたISMFの向きは、局所銀間媒体（LISM）の流れの平均速度ベクトルに対してほぼ垂直であり、進化した拡張する磁場を有するシェルに起因する可能性を支持している。
• 導出されたISMFの向きは、CMBダイポールの熱い極と寒い極を分ける大円から8°以内に位置しており、驚くべき幾何的一致を示している。
• ENAリボンと星の偏光から得られるISMFの向きの類似性は、太陽系近傍の銀間媒体において数10パーセクスケールで磁場が一貫していることを支持している。