[论文解读] The Variability of Polarized Radiation from Sgr A*

F. Yusef‐Zadeh, M. Wardle+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 5

一句话总结

本研究首次在厘米波段检测到银河系中心人马座A*的可变线偏振，43 GHz处测量值为0.77% ± 0.01%，22 GHz处为0.2% ± 0.01%。观测到的频率依赖性旋转量（RM ≈ -2.5 × 10³ rad m⁻²）以及耀发期间偏振角的摆动，支持膨胀的同步辐射发射团模型，挑战了在ADAF模型中利用RM推断吸积率的做法。

ABSTRACT

Sgr A* is variable at radio and submillimeter wavelengths on hourly time scales showing time delays between the peaks of flare emission as well as linearly polarized emission at millimeter and sub-mm wavelengths. To determine the polarization characteristics of this variable source at radio frequencies, we present VLA observations of Sgr A* and report the detection of polarized emission at a level of 0.77\pm0.01% and 0.2\pm0.01% at 43 and 22 GHz, respectively. The change in the time averaged polarization angle between 22 and 43 GHz corresponds to a RM of -2.5\pm0.6 x10^3 rad m{-2} with no phase wrapping (or \sim 5x10^4 rad m^2 with 2πphase wrap). We also note a rise and fall time scale of 1.5 -- 2 hours in the total polarized intensity. The light curves of the degree of linearly polarized emission suggests a a correlation with the variability of the total intensity at 43 GHz. The available polarization data at radio and sub-mm wavelengths suggest that the rotation measure decreases with decreasing frequency. This frequency dependence, and observed changes in polarization angle during flare events, may be caused by the reduction in rotation measure associated with the expansion of synchrotron-emitting blobs.

研究动机与目标

• 研究人马座A*在射电频段的偏振特性，以理解其耀发活动的物理起源。
• 确定观测到的偏振变异性是否与耀发辐射相关，并评估其对吸积模型的影响。
• 检验旋转量（RM）的变化是否可由膨胀的电浆团而非稳态吸积流来解释。
• 调和亚毫米波、毫米波与近红外偏振测量结果与射电波段观测之间的差异。

提出的方法

• 使用VLA A阵列在43 GHz和22 GHz频段进行观测，通过在人马座A*与标定源之间快速切换以最小化校准误差。
• 采用相位和幅度切换进行偏振校准，源积分时间30秒，标定源时间90秒，43 GHz频段积分时间延长1.6倍以匹配灵敏度。
• 通过偏振位置角的频率依赖性变化测量旋转量（RM），假设采用线性RM模型。
• 对具有磁能、相对论性电子与热等离子体能量均分的膨胀同步辐射发射团进行理论建模。
• 利用RRM ∝ nₑB R关系，基于电子能量谱和通量约束推导出有效RM随半径和光学厚度的变化，得到RRM₀。
• 将观测到的RM趋势与膨胀团模型及轨道热点模型的预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 人马座A*在43 GHz和22 GHz频段的线偏振度及其变异性如何？其与总流量耀发的相关性如何？
• RQ2 人马座A*的旋转量（RM）在22 GHz与43 GHz之间如何变化？这对其辐射等离子体特性有何含义？
• RQ3 耀发期间观测到的偏振角摆动是否可由同步辐射发射团的膨胀而非吸积流中的轨道运动来解释？
• RQ4 RM的频率依赖性是否支持膨胀团模型而非轨道热点模型作为人马座A*耀发的解释？
• RQ5 RM能否用于推断人马座A*的质量吸积率？还是其受限于耀发等离子体的动力学？

主要发现

• 在43 GHz处检测到0.77% ± 0.01%的偏振发射，在22 GHz处为0.2% ± 0.01%，证实了厘米波段的可变线偏振。
• 22 GHz与43 GHz之间的有效旋转量（RM）为-2.5 × 10³ rad m⁻²，无相位折叠现象，表明存在显著的频率依赖性。
• 偏振强度上升与下降的时间尺度为1.5–2小时，与总流量耀发的时间尺度一致。
• 在43 GHz频段，线偏振度与总流量呈正相关，表明通量与偏振变异性具有共同起源。
• 观测到的RM随频率降低而减小，以及耀发期间的偏振角摆动，最合理的解释是同步辐射发射团的膨胀，而非稳定吸积。
• 测得的RM是吸积流RM的上限，意味着在ADAF模型中基于RM的吸积率估算方法在耀发活动期间不成立。