[论文解读] The Westerbork SINGS Survey II. Polarization, Faraday Rotation, and Magnetic Fields

G. Heald, Róbert Braun+1 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 40被引用 120

一句话总结

本研究利用Westerbork综合孔径射电望远镜，对28个邻近旋涡星系进行了首次系统性、高灵敏度的偏振射电连续谱发射与法拉第旋转调查。通过RM-Synthesis方法，揭示了偏振强度的普遍方位调制，其最小值出现在退行的主要轴向，表明存在大尺度有序磁场结构；并检测到核区法拉第深度分量存在±100–200 rad m⁻²的偏移，暗示星系核区存在复杂的磁场结构。

ABSTRACT

A sample of large northern Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS) galaxies has recently been observed with the Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT). We present observations of the linearly polarized radio continuum emission in this WSRT-SINGS galaxy sample. Of the 28 galaxies treated in this paper, 21 are detected in polarized radio continuum at 18- and 22-cm wavelengths. We utilize the rotation measure synthesis (RM-Synthesis) method, as implemented by Brentjens & de Bruyn, to coherently detect polarized emission from a large fractional bandwidth, while simultaneously assessing the degree of Faraday rotation experienced by the radiation along each line-of-sight. This represents the first time that the polarized emission and its Faraday rotation have been systematically probed down to ~10 microJy/beam RMS for a large sample of galaxies. Non-zero Faraday rotation is found to be ubiquitous in all of the target fields, from both the Galactic foreground and the target galaxies themselves. In this paper, we present an overview of the polarized emission detected in each of the WSRT-SINGS galaxies. The most prominent trend is a systematic modulation of the polarized intensity with galactic azimuth, such that a global minimum in the polarized intensity is seen toward the kinematically receding major axis. The implied large-scale magnetic field geometry is discussed in a companion paper. A second novel result is the detection of multiple nuclear Faraday depth components that are offset to both positive and negative RM by 100-200 rad/m^2 in all targets that host polarized (circum-)nuclear emission.

研究动机与目标

• 利用偏振射电连续谱发射系统探测邻近旋涡星系中的磁场结构。
• 在大样本星系中测量法拉第旋转，以推断视线方向上的磁场几何形态与电子密度。
• 确定有序磁场在塑造星系结构及调控恒星形成中的作用。
• 调查星系核区是否存在多个法拉第深度分量，以揭示其对磁场拓扑结构的指示意义。
• 为下一代射电望远镜开展高分辨率、大带宽偏振巡天奠定基础。

提出的方法

• 利用Westerbork综合孔径射电望远镜（WSRT）在18厘米和22厘米波长观测线性偏振射电连续谱发射。
• 应用RM-Synthesis（Brentjens & de Bruyn）方法，在宽分数带宽内相干检测偏振发射，并测量法拉第旋转量（RMs）。
• 使用旋转量测量合成技术重建法拉第色散函数，并在数据中识别多个法拉第深度分量。
• 利用法拉第旋转量校正偏振角，以绘制视线方向垂直的磁场取向图。
• 对偏振强度进行方位角分箱处理，以检测其随星系位置角的系统性变化。
• 考虑银河系前景法拉第旋转，以隔离目标星系的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 邻近旋涡星系的大尺度磁场几何结构，通过偏振射电发射可如何揭示？
• RQ2 偏振强度如何随星系方位角变化，这对磁场结构有何含义？
• RQ3 具有偏振发射的星系核区是否存在多个法拉第深度分量，其对磁场拓扑结构有何指示？
• RQ4 目标场中的法拉第旋转在多大程度上源于银河系前景，而非星系本身的等离子体？
• RQ5 观测到的偏振与RM图案是否可由轴对称或双对称磁场模型解释？

主要发现

• 在28个星系中的21个检测到线性偏振射电连续谱发射，所有星系的哈勃类型介于Sab至Sd之间。
• 观测到系统性方位调制，偏振强度在动力学退行主轴方向最小，表明存在大尺度有序磁场。
• 所有目标场均检测到非零法拉第旋转，其贡献来自银河系前景与星系本征等离子体。
• 在具有显著核发射的星系中，法拉第色散函数表现出展宽或分裂，表明存在多个法拉第深度分量，偏移量为±100–200 rad m⁻²。
• 在减去前景贡献后，净RM值同时包含正负值，表明星系核区视线方向的磁场分量发生反转，与径向磁场一致。
• 观测到的偏振与RM图案与轴对称或双对称磁场模型一致，包括可能存在垂直磁场分量。