[论文解读] A Sino-German lambda6 cm polarization survey of the Galactic plane I. Survey strategy and results for the first survey region

X. Sun, J. L. Han+5 more|ArXiv.org|Nov 20, 2006

Electrical and Electromagnetic Research参考文献 1被引用 55

一句话总结

本论文报告了利用乌鲁木齐25米射电望远镜开展的中德λ6厘米银河系平面偏振巡天的首批结果，空间分辨率达9.5角分。研究识别出两个新的法拉第屏——G124.9+0.1（距离2.8 kpc的微弱HII区，视线方向磁场强度为3.9 μG）和G125.6−1.8（大尺度屏，磁场强度超过6.4 μG）——并证明该巡天具备探测弱同步辐射发射及银河南部分臂以外强而规则磁场的能力。

ABSTRACT

(Abridged) Polarization measurements of the Galactic plane at lambda6 cm probe the interstellar medium (ISM) to larger distances compared to measurements at longer wavelengths, hence enable us to investigate properties of the Galactic magnetic fields and electron density. We are conducting a new lambda6 cm continuum and polarization survey of the Galactic plane covering 10degr < l < 230degr and |b|<5degr. Missing large-scale structures in the U and Q maps are restored based on extrapolated polarization K-band maps from the WMAP satellite. The lambda6 cm data are analyzed together with maps at other bands. We discuss some results for the first survey region, 7degr X 10degr in size, centered at (l,b)=(125.5degr, 0degr). Two new passive Faraday screens, G125.6-1.8 and G124.9+0.1, were detected. They cause significant rotation of background polarization angles but little depolarization. G124.9+0.1 was identified as a new faint HII region at a distance of 2.8 kpc. G125.6-1.8, with a size of about 46 pc, has neither correspondence in enhanced Halpha emission nor a counterpart in total intensity. A model combining foreground and background polarization modulated by the Faraday screen was developed. Using this model, we estimated the strength of the ordered magnetic field along the line of sight to be 3.9 microGauss for G124.9+0.1, and exceeding 6.4 microGauss for G125.6-1.8. We obtained an estimate of 2.5 and 6.3 mK/kpc for the average polarized and total synchrotron emissivity towards G124.9+0.1. The synchrotron emission beyond the Perseus arm is quite weak.

研究动机与目标

• 在λ6厘米波段以高灵敏度和角分辨率绘制银河系平面，研究磁离子星际介质（ISM）。
• 通过利用外推的WMAP K波段偏振数据恢复零级水平信息，解决单镜面巡天中缺失的大尺度偏振结构问题。
• 通过偏振和谱指数分析，识别并表征法拉第屏和HII区。
• 通过模型拟合测量有序磁场的强度，并估算IS中的同步辐射发射率。
• 增进对银河系盘面大尺度磁场结构和电子密度分布的理解。

提出的方法

• 利用乌鲁木齐25米射电望远镜对银河系平面（10° ≤ l ≤ 230° 且 |b| ≤ 5°）进行λ6厘米连续辐射和偏振观测。
• 通过将WMAP K波段（22.8 GHz）偏振图外推至4.8 GHz（谱指数为−2.8），恢复Q和U斯托克斯参数中缺失的大尺度结构。
• 结合多频观测数据，分析谱指数并识别发射成分。
• 拟合一个包含前景和背景偏振、受法拉第屏调制的模型，以分离磁场和发射率的贡献。
• 利用谱指数分析和IRAS流量比，将扩展源分类为HII区或超新星遗迹（SNRs）。
• 应用模型拟合，估算视线方向的磁场强度和同步辐射发射率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在λ6厘米波段，银河系平面的大尺度磁场结构具有何种特性？
• RQ2 能否通过外部数据有效恢复单镜面巡天中缺失的大尺度偏振结构？
• RQ3 新探测到的法拉第屏中的磁场强度和电子密度是多少？
• RQ4 像SNRs和HII区这样的扩展源的谱指数如何约束其本质？
• RQ5 银河南部分臂以外的同步辐射发射率水平如何？与预期相比有何差异？

主要发现

• 探测到两个新的法拉第屏：G124.9+0.1为距离2.8 kpc的微弱HII区，视线方向磁场强度为3.9 μG。
• G125.6−1.8为大尺度法拉第屏，磁场强度超过6.4 μG，电子密度最高达0.84 cm⁻³。
• 超新星遗迹SNR G126.2+1.6的谱指数与平谱一致，否定了此前关于谱曲率的宣称。
• 银河南部分臂以外的同步辐射发射较弱，对G124.9+0.1方向的平均偏振发射率估计为2.5 mK kpc⁻¹，总发射率估计为6.3 mK kpc⁻¹。
• 利用WMAP数据进行零级水平恢复显著提升了偏振图的质量，揭示了与银河系平面对齐的规则磁场结构。
• 模型拟合成功分离了前景和背景偏振，实现了对IS中磁场强度和发射率的稳健估计。