[论文解读] A New Catalog of Faraday Rotation Measures and Redshifts for Extragalactic Radio Sources

A. Hammond, Timothy Robishaw+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2012

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 2被引用 29

一句话总结

本论文提出了一项新的河外射电源法拉第旋转测量（RM）和红移目录，共包含4,003个源，相比以往研究显著扩大了样本规模和红移范围（最高达z=5.3）。通过校正银河系前景法拉第旋转测量，作者获得了剩余旋转测量（RRM），发现RRM随红移无显著演化，但与偏振度呈强烈负相关，表明银河系外小尺度磁化等离子体波动导致了波束去偏振。

ABSTRACT

We present a catalog of Faraday rotation measures (RMs) and redshifts for 4003 extragalactic radio sources detected at 1.4 GHz, derived by identifying optical counterparts and spectroscopic redshifts for linearly polarized radio sources from the NRAO VLA Sky Survey. This catalog is more than an order of magnitude larger than any previous sample of RM vs. redshift, and covers the redshift range 0 < z < 5.3 ; the median redshift of the catalog is z = 0.70, and there are more than 1500 sources at redshifts z > 1. For 3650 of these sources at Galactic latitudes |b| >= 20 degrees, we present a second catalog in which we have corrected for the foreground Faraday rotation of the Milky Way, resulting in an estimate of the residual rotation measure (RRM) that aims to isolate the contribution from extragalactic magnetic fields. We find no significant evolution of RRM with redshift, but observe a strong anti-correlation between RRM and fractional polarization, p, that we argue is the result of beam depolarization from small-scale fluctuations in the foreground magnetic field or electron density. We suggest that the observed variance in RRM and the anti-correlation of RRM with p both require a population of magnetized intervening objects that lie outside the Milky Way but in the foreground to the emitting sources.

研究动机与目标

• 创建一个大规模、同质的河外射电源法拉第旋转测量（RM）和红移目录，以支持宇宙磁场演化研究的稳健性。
• 解决以往RM-红移研究中样本小且异质的问题，从而提升对宇宙磁场演化敏感度。
• 通过校正银河系前景RM，隔离河外贡献，生成剩余旋转测量（RRM）目录。
• 探究RRM、偏振度分数与红移之间的关系，以揭示磁化中间介质的性质与分布。

提出的方法

• 从1.4 GHz的NVSS数据中识别出4,003个线性偏振射电源的光学对应体并测定其光谱红移。
• 利用与SDSS及其他数据库的交叉识别，分配红移并分类源为星系或类星体。
• 采用基于超过40,000个输入RM的银河系RM模型，校正观测RM并推导出剩余旋转测量（RRM）。
• 对多波长数据进行线性拟合，以偏振角与λ²的关系确定RM。
• 计算RRM误差，考虑测量不确定性、残余银河系波动及河外贡献。
• 分析RRM、红移与偏振度分数之间的相关性，以推断物理机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 剩余旋转测量（RRM）的方差是否随宇宙红移演化，表明宇宙磁场强度随时间变化？
• RQ2 在偏振射电源中观测到的RRM与偏振度分数负相关的原因是什么？
• RQ3 磁场与电子密度的小尺度涨落如何影响宇宙距离上的法拉第旋转与偏振？
• RQ4 银河系前景RM在多大程度上会偏差河外RRM测量的解释？是否可被准确建模？
• RQ5 哪些物理结构（如中间星系、晕、星系团）导致了观测到的RRM与去偏振效应？

主要发现

• 该目录包含4,003个河外射电源，红移最高达z=5.3，样本规模比以往任何RM-红移样本大一个多数量级。
• 中位红移为z=0.70，其中超过1,500个源位于z>1，为宇宙磁场的高红移研究提供了可能。
• 未观测到RRM方差随红移显著演化，与早期声称高红移处散射增大的结论相矛盾。
• 发现RRM与偏振度分数之间存在强烈负相关，|RRM| > 20 rad m⁻²的源表现出显著降低的偏振度分数。
• 观测到的RRM方差（23 rad m⁻²）可分解为：13 rad m⁻²来自测量误差，12–17 rad m⁻²来自残余银河系波动，10–15 rad m⁻²来自中间系统中的河外法拉第旋转。
• 结果表明，银河系外存在一类磁化中间物体，导致RRM与波束去偏振，其成因可能为小尺度磁场与密度涨落。