[论文解读] Radio polarization and sub-mm observations of the Sombrero galaxy (NGC 4594) - Large-scale magnetic field configuration and dust emission

M. Krause, R. Wielebinski+1 more|ArXiv.org|Oct 28, 2005

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 31

一句话总结

本研究利用甚大阵列（VLA）和埃菲尔伯格100米望远镜在4.86 GHz和8.35 GHz频段的观测，首次在Sa型星系NGC 4594（草帽星系）中通过射电偏振探测到大尺度磁场。磁场主要沿星系盘面方向排列，但在较高z距离处表现出显著的垂直分量，中平面磁场强度为6±1 μG，亚毫米波观测显示冷尘质量上限为1.2×10⁷ M☉，与包含尘埃散射的模型一致。

ABSTRACT

We observed the nearby early-type spiral galaxy NGC 4594 (M 104, Sombrero galaxy) with the Very Large Array at 4.86 GHz, with the Effelsberg 100-m telescope at 8.35 GHz as well as with the Heinrich Hertz Telescope at 345 GHz in radio continuum. The 4.86 and 8.35 GHz data contain polarization information and hence information about the magnetic fields: we detected a large-scale magnetic field which is to our knowledge the first detection of a large-scale magnetic field in an Sa galaxy in the radio range. The magnetic field orientation in M104 is predominantly parallel to the disk but has also vertical components at larger z-distances from the disk. This field configuration is typical for normal edge-on spiral galaxies. The 345 GHz data pertain to the cold dust content of the galaxy. Despite the optical appearance of the object with the huge dust lane, its dust content is smaller than that of more late-type spirals.

研究动机与目标

• 利用射电偏振数据研究早期型螺旋星系NGC 4594中的大尺度磁场结构。
• 通过345 GHz频段的亚毫米波连续辐射观测，确定NGC 4594中冷尘的含量与分布。
• 估算星系盘面厚度，并与其它侧向螺旋星系进行比较。
• 基于磁场与尘埃特性，评估NGC 4594中的恒星形成速率与效率。
• 利用观测到的亚毫米波通量上限，检验包含光散射的尘埃模型预测。

提出的方法

• 在4.86 GHz频段使用VLA的D-配置进行观测，包含总强度与线性偏振，以绘制磁场结构图。
• 利用埃菲尔伯格100米望远镜在8.35 GHz频段进行观测，以扩展偏振覆盖范围并提高动态范围。
• 使用海因里希·赫茨望远镜在345 GHz（870 μm）频段进行亚毫米波连续辐射观测，以探测冷尘埃辐射。
• 通过6.2 cm与3.6 cm波段之间的法拉第旋转计算，校正旋转量效应并推导出磁场的本征取向。
• 通过将射电发射的z向分布拟合为高斯函数与指数函数，估算盘面厚度。
• 利用IRAS与HHT数据建模尘埃的光谱能量分布，以推导冷尘温度的下限与尘埃质量的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在早期型螺旋星系NGC 4594中，大尺度磁场的构型如何？其在射电波段是否可探测？
• RQ2 NGC 4594的观测盘面厚度与其它侧向螺旋星系相比如何？
• RQ3 基于亚毫米波非探测结果，NGC 4594中冷尘质量的上限是多少？其与模型预测相比如何？
• RQ4 观测到的磁场强度是否与非均匀旋转盘中的发电机理论一致？
• RQ5 亚毫米波延伸发射的缺失是否支持或与NGC 4594中显著尘埃散射的模型相矛盾？

主要发现

• 首次通过射电偏振探测到Sa型星系中的大尺度磁场，全星系平均偏振度为15±3%。
• 磁场在中平面主要与盘面平行，但在z > 35 弧秒（1.5 kpc）处发展出显著的垂直分量，表明其具有复杂的三维结构。
• 中平面磁场强度估计为6±1 μG（|r| ≈ 20–110 弧秒），处于正常螺旋星系的较低范围。
• NGC 4594的盘面厚度最宜用单个高斯组分描述，其标高为1.5 kpc（35 弧秒），与其它螺旋星系常见的双组分指数拟合不同。
• 在870 μm波段的亚毫米波观测中，探测到一个中心源，通量为230±35 mJy，但未发现延伸发射，因此在半径100–200 弧秒范围内尘埃发射的上限为0.2 Jy。
• 冷尘质量上限为1.2×10⁷ M☉，与包含尘埃散射的Emsellem（1995）模型一致，冷尘温度被限制在≤22 K。