[论文解读] A Sino-German 6cm polarization survey of the Galactic plane IV. The region from 60deg to 129deg longitude

Xiao Li, J. L. Han+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用 20

一句话总结

本论文利用乌鲁木齐25米射电望远镜，对银纬60°至129°的银道面进行了高分辨率λ6 cm偏振巡天，通过外推WMAP数据恢复了大尺度偏振结构。研究识别出两个新的H II区，发现H II区周边存在与法拉第屏蔽模型一致的去极化特征，并在银河系内侧区域观测到因湍流增强而引起的更显著的小尺度偏振涨落，为银河系磁场及其与弥散星际介质和离散天体的相互作用提供了新见解。

ABSTRACT

Linear polarization of diffuse Galactic emission is a signature of magnetic fields in the interstellar medium of our Galaxy. Observations at high frequencies are less affected by Faraday depolarization than those at lower frequencies and are able to detect polarized emission from more distant Galactic regions. We attempt to perform a sensitive survey of the polarized emission from the Galactic disk at 6 cm wavelength. We made polarization observations of the Galactic plane using the Urumqi 25-m telescope at 6 cm covering the area of 60deg< l <129deg and |b|<5deg. Missing large-scale structures in polarization were restored by extrapolation of the WMAP polarization data. We present the 6cm total intensity and linear polarization maps of the surveyed region. We identify two new extended HII regions G98.3-1.6 and G119.6+0.4 in this region. Numerous polarized patches and depolarization structures are visible in the polarization maps. Depolarization along the periphery of a few HII complexes was detected and can be explained by a Faraday screen model. We discuss some prominent depolarization HII regions, which have regular magnetic fields of several $μ$G. Structure functions of U, Q and PI images of the entire 6cm survey region of 10deg< l < 230deg exhibit much larger fluctuation power towards the inner Galaxy, which suggests a higher turbulence in the arm regions of the inner Galaxy. The Sino-German 6cm survey reveals new properties of the diffuse magnetized interstellar medium. The survey is also very useful for studying individual objects such as HII regions, which act as Faraday screens and have high rotation measures and therefore strong regular magnetic fields inside the regions.

研究动机与目标

• 在λ6 cm波段测绘银道面的总强度与线偏振，以研究星际介质中磁场的结构与强度。
• 通过外推WMAP K波段偏振数据，恢复缺失的大尺度U和Q分量，以克服大尺度偏振结构恢复的局限性。
• 识别并表征扩展的H II区及偏振结构，特别是作为法拉第屏蔽的结构。
• 利用结构函数分析方法，研究不同银经区域偏振发射的涨落特性。
• 探究磁场湍流、银河系旋臂结构与偏振发射形态之间的关系。

提出的方法

• 在60° ≤ l ≤ 129°且|b| ≤ 5°范围内，利用乌鲁木齐25米射电望远镜进行λ6 cm偏振观测，空间分辨率达9.5′。
• 通过外推WMAP五年K波段偏振数据，恢复大尺度偏振结构（U和Q），提升弥散发射图的保真度。
• 应用法拉第屏蔽模型解释H II区周边的去极化特征，并估算视线方向的磁场强度。
• 对U、Q和PI图使用结构函数分析（F ∝ A(Δθ)^n），量化偏振发射的涨落功率及其尺度依赖性。
• 将巡天区域按与旋臂切线方向一致及强源分布区域划分纵向区段，分析涨落功率的空间变化。
• 在结构函数计算中屏蔽超新星遗迹的相干结构，以隔离弥散介质的涨落。

实验结果

研究问题

• RQ1 在银经60°至129°的银道面λ6 cm巡天中，揭示了哪些新的扩展H II区或偏振结构？
• RQ2 H II区周边的去极化特征如何与法拉第旋转相关联？可从中推断出多大的视线方向磁场强度？
• RQ3 偏振发射的涨落功率在不同银经区域如何变化？这对星际介质中湍流的性质有何启示？
• RQ4 银河臂与臂间区域的大尺度磁场在多大程度上影响了λ6 cm波段观测到的偏振结构？
• RQ5 U、Q和PI图的结构函数幂律指数与振幅在银内侧与外侧区域如何变化？这些变化对磁场形态有何指示意义？

主要发现

• 在调查区域内识别出两个新的扩展H II区：G98.3−1.6和G119.6+0.4。
• 在多个H II区周边检测到去极化特征，并将其建模为法拉第屏蔽，估算出视线方向磁场强度约为几μG。
• 结构函数分析显示，U、Q和PI图中的涨落功率（A）在内银道区（如100° ≤ l ≤ 130°）显著更高，表明臂区湍流增强。
• 所有偏振分量的结构函数幂律指数（n）在所有区域均接近0.5，表明在30′至3°尺度范围内偏振结构具有自相似分布。
• 在较大银经区域（如160° ≤ l ≤ 200°）的涨落功率较低，与较弱的偏振发射相关，表明反银心区域随机磁场占主导。
• 检测到尺寸为几度的较大偏振斑块，可能代表距离约1 kpc以内的离散、邻近天体。