[论文解读] Multi-tracer analysis of straight depolarisation 
 canals in the surroundings of the 3C 196 field

Luka Turić, Vibor Jelić+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 88被引用 15

一句话总结

本研究将LOFAR数据的多tracer法拉第层析成像扩展至3C 196射电源周围的三个区域，利用滚动霍夫变换将消偏振狭道与HI丝状结构及尘埃偏振磁场对齐。该研究首次直接估算出消偏振狭道的距离——约200 pc——表明其追踪的是本地泡边缘处磁场方向发生急剧变化的区域。

ABSTRACT

Context. Faraday tomography of a field centred on the extragalactic point source 3C 196 with the LOw Frequency ARray (LOFAR) revealed an intertwined structure of diffuse polarised emission with straight depolarisation canals and tracers of the magnetised and multi-phase interstellar medium (ISM), such as dust and line emission from atomic hydrogen (HI). Aims: This study aims at extending the multi-tracer analysis of LOFAR data to three additional fields in the surroundings of the 3C 196 field. For the first time, we study the three-dimensional structure of the LOFAR emission by determining the distance to the depolarisation canals. Methods: We used the rolling Hough transform to compare the orientation of the depolarisation canals with that of the filamentary structure seen in HI, and based on starlight and dust polarisation data, with that of the plane-of-the-sky magnetic field. Stellar parallaxes from Gaia complemented the starlight polarisation with the corresponding distances. Results: Faraday tomography of the three fields shows a rich network of diffuse polarised emission at Faraday depths between − 10 and + 15 rad m−2. A complex system of straight depolarisation canals resembles that of the 3C 196 field. The depolarisation canals align both with the HI filaments and with the magnetic field probed by dust. The observed alignment suggests that an ordered magnetic field organises the multiphase ISM over a large area (~20°). In one field, two groups of stars at distances below and above 200 pc, respectively, show distinct magnetic field orientations. These are both comparable with the orientations of the depolarisation canals in the same field. We conclude that the depolarisation canals likely trace the same change in the magnetic field as probed by the stars, which corresponds to the edge of the Local Bubble.

研究动机与目标

• 将LOFAR法拉第层析成像的多tracer分析从3C 196区域扩展至三个相邻区域。
• 通过结合偏振数据与恒星视差，确定消偏振狭道的三维结构。
• 探究消偏振狭道是否与星际介质中对齐的有序磁场结构相关。
• 检验消偏振狭道通过磁场不连续性标记本地泡边缘的假设。
• 利用盖亚恒星距离与星光偏振数据评估磁场方向变化的统计显著性。

提出的方法

• 应用滚动霍夫变换（RHT）检测并测量法拉第深度立方体中消偏振狭道的取向。
• 将狭道取向与21 cm线数据中的HI丝状结构及353 GHz尘埃偏振的天球面磁场进行交叉相关。
• 利用盖亚恒星视差估算视线方向上恒星的距离，从而实现磁场结构的三维重建。
• 将星光偏振测得的磁场取向与消偏振狭道及HI丝状结构的取向进行比较。
• 整合速度积分的斯托克斯参数得到合成HI偏振分数（pHI），以评估磁场的一致性。
• 利用法拉第层析成像将偏振同步辐射在法拉第深度−10至+15 rad m⁻²范围内分解。

实验结果

研究问题

• RQ1 LOFAR数据中的消偏振狭道是否与周围区域的HI丝状结构及尘埃偏振磁场对齐？
• RQ2 能否利用恒星视差与偏振数据估算消偏振狭道在三维星际介质中的距离？
• RQ3 在约200 pc处观测到的磁场方向变化是否与本地泡边缘一致？
• RQ4 在三个区域中，天球面磁场的一致性如何？其与ISM示踪体的相关性如何？
• RQ5 与3C 196区域及全天平均值相比，A、B和C区域的法拉第深度结构与偏振特性有何异同？

主要发现

• 法拉第层析成像在所有三个区域均揭示了法拉第深度−10至+15 rad m⁻²之间的复杂弥散偏振发射网络。
• 在A区和B区，消偏振狭道与HI丝状结构及天球面磁场表现出强烈对齐，表明在约20°尺度上存在一致且有序的磁场。
• 在B区，距离低于和高于200 pc的两组恒星群体表现出与消偏振狭道取向一致的显著不同磁场方向。
• 在约200 pc处观测到的磁场方向变化与本地泡边缘一致，该结论得到星光消光数据生成的三维ISM图支持。
• A区和B区的合成HI偏振分数（pHI）高于全天平均值，支持这些区域磁场的一致性。
• C区未表现出示踪体之间的明显对齐，pHI值较低，磁场呈现无序状态，表明其缺乏与A区和B区相比的大尺度一致性。