[论文解读] Probing Magnetic Fields using the Giant Metrewave Radio Telescope

J. S. Farnes, David A. Green+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2013

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 8被引用 4

一句话总结

本论文首次成功将旋转测量（RM）合成技术应用于印度巨米波射电望远镜（GMRT）在610 MHz频段的干涉仪谱线偏振数据。该研究实现了对M51星系场中亚毫毫央斯基（sub-mJy）紧凑射电源的峰值法拉第深度和偏振度的完全校准测量，表明在灵敏度极限以下的弥散发射存在去偏振现象，并证实了利用GMRT开展大视场线偏振巡天的可行性，有助于约束低频去偏振机制并为SKA时代观测提供支持。

ABSTRACT

We present the first spectropolarimetric radio observations that apply Rotation Measure (RM) Synthesis to interferometric data from the Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) at 610 MHz. Spectropolarimetry requires measurement of a large number of instrumental systematics so that their effects can be calibrated - a technical problem that is currently being faced by the upcoming SKA pathfinders. Our fully-calibrated data allow for the peak Faraday depth and polarisation fraction to be measured for sub-mJy compact sources in the field of M51 at 610 MHz. The diffuse extended emission in the interacting galaxy pair is shown to be depolarised below the sensitivity limit. A survey of linear polarisation with the GMRT is now feasible and could be used to place constraints on the prevailing depolarisation mechanisms at low frequencies - improving polarised source count estimates and constraining the RM-grid observable with next generation facilities such as the SKA.

研究动机与目标

• 展示利用GMRT在610 MHz频段的全偏振模式开展大视场谱线偏振观测的可行性。
• 校准并抑制导致低频干涉仪数据偏振保真度下降的仪器系统误差，如频率相关的泄漏和电离层法拉第旋转。
• 测量M51星场中紧凑射电源的峰值法拉第深度和偏振度，从而对磁场结构施加约束。
• 评估相互作用星系中弥散扩展发射在低频下的去偏振特性。
• 为未来GMRT及类似仪器的低频偏振巡天奠定基础，为SKA的设计与科学目标提供指导。

提出的方法

• 对GMRT在610 MHz频段获取的全斯托克斯（Stokes）谱线偏振数据应用旋转测量（RM）合成技术，使用16 MHz带宽内的256个频谱通道。
• 实施先进的校准技术以校正频率相关的仪器泄漏，部分天线的泄漏幅度高达40%。
• 利用相位校准源（如J1313+549）和流量校准源（3C48、3C286）稳定仪器响应，实现精确的偏振转移。
• 通过在不同方位角下重复观测相位校准源，分离仪器与源的偏振贡献。
• 分析全带宽内的斯托克斯I、Q和U参数，以推导法拉第深度谱和偏振度。
• 使用AIPS软件进行数据处理，包括全偏振模式处理和uv数据校准，以保持偏振保真度。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在复杂的仪器系统误差，旋转测量合成技术是否能成功应用于GMRT在610 MHz频段的干涉仪谱线偏振数据？
• RQ2 M51星场中紧凑射电源在610 MHz频段的偏振度和法拉第深度是多少？与高频测量结果相比有何差异？
• RQ3 在610 MHz频段，M51相互作用星系对中的弥散扩展发射去偏振程度如何？这对低频去偏振机制有何启示？
• RQ4 GMRT的全偏振模式在大视场谱线偏振观测中的表现如何？其主要仪器限制因素是什么？
• RQ5 该数据集能否为未来SKA路径测巡天提供可靠的低频偏振源数量和去偏振机制约束？

主要发现

• GMRT的全偏振模式成功实现了610 MHz频段的谱线偏振观测，校准后的数据可精确测量亚毫毫央斯基紧凑射电源的峰值法拉第深度和偏振度。
• M51相互作用星系对中的弥散扩展发射在灵敏度极限以下出现去偏振，表明低频下存在强烈的去偏振效应。
• M51中明亮的活动星系核的去偏振度低于3σ上限0.14%；旋臂的去偏振度分别为<1.1%（明亮旋臂）和<8.7%（暗淡旋臂）。
• 伴星系NGC 5195的去偏振度低于3σ上限0.4%，与低本征偏振度或强去偏振效应一致。
• 首次在610 MHz频段检测到五个紧凑射电源的偏振信号，本文报告了其法拉第深度和偏振度；其中两个与已知的类星体（红移z=0.32）和射电星系（红移z=0.67）相关。
• 结果验证了GMRT在低频偏振巡天中的适用性，并为建模去偏振机制和预测SKA时代设施的源数量提供了关键数据基准。