[论文解读] A Sino-German 6 cm polarization survey of the Galactic plane II. The region from 129 degree to 230 degree longitude

X. Y. Gao, W. Reich+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 47被引用 35

一句话总结

本论文利用乌鲁木齐25米射电望远镜，对银河系反银心区域（129° ≤ ℓ ≤ 230°，|b| ≤ 5°）进行了高分辨率（9.5角分）λ6 cm偏振 Survey，通过WMAP K波段（22.8 GHz）数据进行绝对定标。研究揭示了大量具有高旋转量（最高达~200 rad m⁻²）的扩展法拉第屏，包括此前在长波长下因去极化而无法探测到的结构，证明了λ6 cm Survey在探测星际介质中强而有序的磁场方面的强大能力。

ABSTRACT

Linearly polarized Galactic synchrotron emission provides valuable information about the properties of the Galactic magnetic field and the interstellar magneto-ionic medium, when Faraday rotation along the line of sight is properly taken into account. We aim to survey the Galactic plane at 6 cm including linear polarization. At such a short wavelength Faraday rotation effects are in general small and the Galactic magnetic field properties can be probed to larger distances than at long wavelengths. The Urumqi 25-m telescope is used for a sensitive 6 cm survey in total and polarized intensities. WMAP K-band (22.8 GHz) polarization data are used to restore the absolute zero-level of the Urumqi U and Q maps by extrapolation. Total intensity and polarization maps are presented for a Galactic plane region of 129 degree < l < 230 degree and |b| < 5 degree in the anti-centre with an angular resolution of 9'5 and an average sensitivity of 0.6 mK and 0.4 mK Tb in total and polarized intensity, respectively. We briefly discuss the properties of some extended Faraday Screens detected in the 6 cm polarization maps. The Sino-German 6 cm polarization survey provides new information about the properties of the magnetic ISM. The survey also adds valuable information for discrete Galactic objects and is in particular suited to detect extended Faraday Screens with large rotation measures hosting strong regular magnetic fields.

研究动机与目标

• 使用高角分辨率和高灵敏度在λ6 cm波段绘制银河系平面，以研究磁场结构和星际磁离子介质。
• 克服长波长 Survey 的局限性，即高法拉第旋转导致的去极化，从而掩盖了扩展磁结构。
• 探测并表征承载强有序磁场的扩展法拉第屏，特别是那些在长波长下因去极化而不可见的高旋转量（RM）结构。
• 通过外推的WMAP K波段数据改进偏振图的绝对定标，以恢复U和Q斯托克斯参数的零点水平。
• 研究外银河盘中离散源和磁结构（如H II区和偏振泡）的物理特性。

提出的方法

• 利用乌鲁木齐25米射电望远镜，在129° ≤ ℓ ≤ 230° 和 |b| ≤ 5° 范围内开展高灵敏度的λ6 cm总强度与偏振强度 Survey。
• 达到9.5角分的角分辨率，总强度和偏振强度的平均灵敏度分别为0.6 mK和0.4 mK亮度温度。
• 通过将WMAP K波段（22.8 GHz）的大尺度偏振信号外推至λ6 cm，实现偏振绝对水平的定标。
• 使用模型拟合估算选定法拉第屏的物理参数，包括磁场强度、旋转量和距离。
• 分析偏振位置角（PA）和偏振强度（PI）随距离的变化，推断法拉第屏的存在及其磁场几何结构。
• 通过过量偏振发射识别结构，并通过低频吸收特征加以确认，表明其为局域磁结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在λ6 cm波段，银河系反银心区域的偏振发射分布与形态如何？与长波长 Survey 相比有何不同？
• RQ2 哪些具有高旋转量（RM）的扩展法拉第屏在λ6 cm下可探测，但在长波长下因去极化而不可见？
• RQ3 新探测到的法拉第屏（如G146.4-3.0及英仙臂源LBN 676、677和679）的物理参数（如磁场强度、距离、RM）是什么？
• RQ4 已知结构（如W5和“领结”状H II区复合体）在λ6 cm下的偏振特性与λ21 cm相比有何变化？
• RQ5 局域法拉第屏在观测到的偏振结构中贡献有多大？如何将其与背景发射区分开？

主要发现

• 在λ21 cm下可见的W5前方的偏振“透镜”状法拉第屏，在λ6 cm下因去极化而变得不可探测，而其边界处出现了新的偏振结构。
• 模型拟合表明，LBN 676、LBN 677和LBN 679均位于英仙臂，而非0.8 kpc处，具有一致的前景偏振水平和磁场方向（LBN 676除外，其方向相反）。
• 新发现的法拉第屏G146.4-3.0，若位于690 pc处，其视线方向磁场强度约为-8.6 μG，但若距离更近，则此值可能为上限。
• 在ℓ ≈ 165°处的两个大偏振泡，在λ21 cm下显著，但在λ6 cm下变得极暗，表明因高RM导致强烈去极化。
• 在ℓ ≈ 173°附近存在一个具有过量偏振发射的扩展斑块，与“领结”状H II区复合体相关，且在低频出现吸收，表明其可能为距离小于300 pc的局域法拉第屏。
• 大多数法拉第屏的偏振发射相对于周围区域减弱，与前景方向的PA旋转一致；仅当PA差值最小时才会出现过量发射。