[论文解读] Electron Ageing and Polarization in Tailed Radio Galaxies

L. Feretti, G. Giovannini+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 1997

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 3

一句话总结

本研究利用埃菲尔伯格100米望远镜和威斯特布罗克综合孔径射电望远镜的多频射电观测，调查了尾巴状射电星系中电子老化及磁场有序性。研究发现，由于同步辐射能量损失，谱指数随距离而变陡；偏振度沿尾巴增加，表明磁场对齐程度提高；电子寿命暗示需存在再加速或整体运动，且磁场在尾巴中呈纵向排列。

ABSTRACT

High-frequency observations of the tailed radio galaxies IC 310, NGC 1265, 3C 129, and 3C 465 have been performed with the Effelsberg 100-m telescope. For the radio galaxies IC 310, NGC 1265 and 3C 465, radio data obtained at low frequencies with the Westerbork Synthesis Radio Telescope are also available. These new radio data allow us to map the extended structure of the radio galaxies and obtain spectral and polarization information in the outermost regions. The multi-frequency spectra were used to study the synchrotron ageing of relativistic electrons with increasing distance from the active nucleus. We found that the spectrum in each radio galaxy progressively steepens with distance, and at each location it is steeper at high frequencies. The spectra are fitted by models involving synchrotron energy losses and the critical frequency is obtained at increasing distance from the core. Assuming that the magnetic field is the equipartition value, we obtain the radiating electron lifetimes and consequently their drift velocities. Our results imply the existence of reacceleration processes or bulk motions along the tails. The polarization data at 10.6 GHz give information on the intrinsic degree of polarized flux and the orientation of the magnetic field. We find that the polarization percentage increases along the tails, reflecting an increase of the degree of ordering of the magnetic field. The magnetic field in the tails is longitudinal.

研究动机与目标

• 研究相对论性电子在射电星系延伸射电尾巴中因同步辐射能量损失导致的谱演化。
• 利用偏振测量确定磁场有序程度及其沿尾巴的空间变化。
• 估算电子寿命，并基于观测到的谱指数变陡推断再加速或整体运动的存在。
• 评估能量均分磁场在解释尾巴状射电星系中电子老化与偏振特性中的作用。

提出的方法

• 对IC 310、NGC 1265、3C 129和3C 465进行了埃菲尔伯格100米望远镜的高频（10.6 GHz）观测。
• 结合威斯特布罗克综合孔径射电望远镜的低频数据，绘制扩展射电结构并推导多频谱。
• 通过引入同步辐射能量损失的模型拟合观测谱，以确定临界频率和电子寿命。
• 利用10.6 GHz处的偏振数据测量本征偏振流量度，并推断磁场方向。
• 假设能量均分磁场强度，估算电子辐射寿命并推断漂移速度。
• 分析谱指数与偏振的空间趋势，以评估磁场有序性与尾巴动力学。

实验结果

研究问题

• RQ1 在尾巴状射电星系中，谱指数如何随距星系核的距离而演化？这对应于电子老化的何种含义？
• RQ2 偏振测量所指示的磁场有序性在射电尾巴中的空间分布如何？
• RQ3 观测到的电子寿命在多大程度上暗示需要存在再加速或整体运动？
• RQ4 磁场构型（如方向与对齐）沿射电尾巴如何变化？
• RQ5 谱指数变陡与外区偏振度增加之间存在何种关系？

主要发现

• IC 310、NGC 1265和3C 465的谱指数随距核心距离增加而逐渐变陡，表明相对论性电子存在同步辐射能量损失。
• 临界频率随距离向较低频率移动，证实高能电子辐射能量更快，外区电子数量减少。
• 偏振度沿尾巴增加，表明磁场结构有序性逐步提高。
• 尾巴中的磁场主要呈纵向，与射电瓣的延伸方向一致。
• 在能量均分假设下估算的电子寿命表明电子漂移缓慢，暗示需存在再加速或整体运动以维持观测到的辐射。
• 观测到的谱指数与偏振趋势与延伸射电结构中电子老化与磁场有序性的共同作用一致。