分子雲の合成ダスト偏光観測に及ぼすダスト粒の配向効率の影響

Effects of grain alignment efficiency on synthetic dust polarization observations of molecular clouds.

• Patrick K King
• Che-Yu Chen
• L M Fissel
• Zhi-Yun Li

抄録

磁気的に整列したダスト粒子からの偏光連続発光は、局所的な磁場構造によって大部分が決定されることはよく知られている。しかし、観測された偏光率とカラム密度の間の有意な反相関は、空間的に均一な粒状整列効率という標準的な仮定とは対照的に、局所的な条件による粒状整列効率の変動に強く影響され、おそらくは支配されている可能性がある。ここでは、分子雲の合成偏光観測に不均一な粒状配向を組み込むための一般的な方法を紹介し、粒状配向効率が局所的なガス密度に依存するという単純なモデルを提案する。本研究では、放射トルク配向理論から得られた結果を用いて、このモデルを正当化する。模擬MCの合成観測結果に対する力価則不均一配向モデルの効果を示す。その結果、雲スケールの磁化乱流の相対的な強さと観測者に対する平均磁場の向きには縮退性が残るものの、不均一整列によって偏光率-柱密度相関が観測値と一致することを見いだした。また、偏光角-偏光率相関の分散は、不均一整列の存在下で両方の観測値が同時に変化したにもかかわらず、ロバストな相関を維持していることを見いだした。

It is well known that the polarized continuum emission from magnetically aligned dust grains is determined to a large extent by local magnetic field structure. However, the observed significant anticorrelation between polarization fraction and column density may be strongly affected, perhaps even dominated by variations in grain alignment efficiency with local conditions, in contrast to standard assumptions of a spatially homogeneous grain alignment efficiency. Here we introduce a generic way to incorporate heterogeneous grain alignment into synthetic polarization observations of molecular clouds (MCs), through a simple model where the grain alignment efficiency depends on the local gas density as a power law. We justify the model using results derived from radiative torque alignment theory. The effects of power-law heterogeneous alignment models on synthetic observations of simulated MCs are presented. We find that the polarization fraction-column density correlation can be brought into agreement with observationally determined values through heterogeneous alignment, though there remains degeneracy with the relative strength of cloud-scale magnetized turbulence and the mean magnetic field orientation relative to the observer. We also find that the dispersion in polarization angles-polarization fraction correlation remains robustly correlated despite the simultaneous changes to both observables in the presence of heterogeneous alignment.

© 2019 The Author(s) Published by Oxford University Press on behalf of the Royal Astronomical Society.