银河系的大尺度磁场不能只用一种观测量完整描述。法拉第旋转量主要约束沿视线具有一致方向的相干磁场,而同步辐射偏振还会响应在一定尺度上排列有序、方向却可能随机翻转的磁场。若只用前一种信息建立模型,就可能低估银河系晕中有序磁场的总强度。

这项研究以Planck卫星30 GHz全天同步辐射偏振图为主要观测约束,并采用由旋转量推得、已经校正本地污染的最新相干磁场构型。团队没有把宇宙线电子分布当作独立固定背景,而是让宇宙线传播与磁场强度自洽计算,同时要求模型符合直接宇宙线测量和多频观测。

模型比较出现了明显的大尺度同步辐射超额:仅靠既有相干磁场和相应宇宙线电子分布,无法达到Planck偏振图显示的强度。为弥补差额,研究需要在银河系晕加入大尺度有序的环向磁场分量;所谓环向,是指磁场总体沿着银河盘周向展开,而不是简单垂直穿出盘面。

所需环向有序磁场的峰值强度约为3.2至4.3微高斯,具体数值随假定的宇宙线传播晕大小变化。研究比较不同晕尺度后发现,Planck同步辐射偏振图更偏好约4千秒差距的传播晕。这里的“偏好”来自当前模型与数据的相对一致性,并非对银河系晕边界的直接测量。

按这套自洽模型推算,有序磁场约为旋转量所追踪相干磁场的4至6倍。两种数字并不矛盾:旋转量不易记录方向频繁翻转却整体排列的随机有序分量,而同步辐射偏振可以对其保持敏感。论文因此把两者差额解释为银河系晕中存在旋转量未充分追踪的有序随机场。

团队也检验了把同步辐射超额全部归因于太阳附近本地泡的可能性。结果显示,若由本地泡单独产生全部差额,就需要采用不同于常规模型的本地泡性质,因此这一解释不受当前分析支持。不过,“不受支持”不等于本地泡完全没有贡献,局部结构仍可能影响全天图中的部分区域。

研究已获《天文学与天体物理学》接收,证据强于尚未评议的预印本,但磁场强度仍依赖宇宙线传播晕尺度、电子分布和磁场几何等模型选择。论文建立的是目前数据下更自洽的大尺度解释,而不是对银河系晕磁场进行逐点直接测绘;后续多频偏振、旋转量和宇宙线数据仍可继续检验这一结果。

原始来源

继续阅读原始论文或任务机构资料

本文依据所列原始论文或任务机构发布改写,不加入原始来源未提供的推断;预印本和会议结果按证据状态保留限制。

打开 Astronomy & Astrophysics / Planck