M33中分子云磁场沿旋臂方向的排列

(非常感谢周平同学的稿件,解了好几天没有更新的燃眉之急,非常抱歉我这两天在Arizona大学天文系访问,没来得及及时的更新,不过今天在Kitt Peak天文台拍了很多照片,过两天一定作为感恩节的福利发给大家;另外,这里也非常鼓励更多的同学投稿,一定不必过多的担心文字,我觉得周平同学的文章就很好的帮我介绍了一篇我自己看到觉得重要但是看不懂的文章,其实说Astroleaks有什么学术或者教育意义,我觉得谈不上,只是希望更多的本科,研究生同学能够在学习,研究的过程中,做一个活跃的参与者,积极的分享者,其中的帮助,我相信参与的人能理解的吧)

文章: The alignment of molecular cloud magnetic fields with the spiral arms in M33

背景与介绍:

恒星形成于分子云,分子云本身的演化决定了未来的恒星形成,因此它的研究至关重要。而直到现在,分子云演化的研究,哪怕是分子云内磁场的研究仍然只是万里长征走完了第一步。这篇文章通过对旋涡星系M33中巨分子云中偏振的观测,希望得到这个问题的答案:巨分子云的磁场是否受星系结构的影响?关于这个问题过去已经有一些研究,有两个相对对立的结论:一方面一些人支持巨分子云的磁场不受大尺度星系磁场的影响,因为云内湍动和旋转会将磁场方向扰乱,使其随机化;另一方面,一些人认为星系磁场足以调整分子云内部磁场方向并影响其演化和未来恒星形成。针对这场争论,作者给出了自己的回答,并且进一步对星系冷热气体磁场和旋臂上磁场方向做了一系列讨论:

结果与讨论:

1. 巨分子云内磁场的方向是否跟悬臂方向一致

首先如何确定分子云内的磁场方向?可以应用Goldreich-Kylafis效应:CO分子的偏振方向应或者平行或者垂直与磁场方向。本文作者使用SMA(submillimeter Array)观测了M33中的6个巨分子云团的CO(J=2-1)分子偏振(图一),这6个云团位于光学悬臂上,如此就可以比较云团偏振方向和光学悬臂是否有偏移。结果反映在图二、图三中,可以清楚地看到6个巨分子云偏振相对于旋臂的偏移呈现双高斯分布,峰值正好接近于两者平行(2˚)和垂直(91˚)。这说明了M33中巨分子云的平均磁场方向与旋臂方向很好地相关(两者垂直也有可能,不过目前为止没有一个数值模拟去支持这样的结论)。作者还得到了这样一个推论:巨分子云内的磁场受到了旋臂的压缩,以磁制动的方式抑制了云的旋转。


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图一:背景使M33的光学图像,矢量线使3.6cm 波段同步加速辐射的偏振,紫色粗线描出了悬臂的光学悬臂。等高线来自Herschel测量的500um的辐射。6个巨分子云用+标出并分别显示了编号。

2.旋臂上冷气体和热气体磁场方向实否一致

简单结论是NO。巨分子云是冷气体的代表,作者将它的偏振与同步加速辐射(热气体代表)的偏振(图三)相比,发现冷热气体的磁场方向不一致。什么理论来解释冷密气体跟旋臂方向一致,而热气体跟旋臂方向偏离这种情况?密度波。一般认为冷热气体应该处于一种压力平衡的状态。相对于热气体,冷气体穿越引力势井时会受到更强的激波压缩。因此热气体磁场会与冷气体的退耦。另外,文中得到M33中的分子云磁场强度为0.1-0.5mG,非常接近银河系的磁场。这个磁场比通过同步加速辐射测得的要大100倍。


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图2: 6个巨分子云的CO 偏振方向(红线)和悬臂方向(灰线)。

3. 旋涡星系旋臂的磁场方向是平行于盘面还是垂直于盘面

这部分的讨论作者似乎并不是根据自己的观测,而是借这片文章表达自己的想法。关于旋涡星系的磁场一直有很多争论。作者认为,在旋臂上,垂直于盘面的结构应该多于平行的结构。至少在100pc的尺度上,在银河系内已经观测到大量这样的结构。这个结论至少有以下的理论支持:1)密度波压缩主要沿着盘面;2)Paker不稳定性和星体反馈主要集中在旋臂上,它们都倾向于把磁场推向垂直于盘的方向。当然,这个星系磁场构想是否正确还依赖于更多的观测。


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图3:分子云偏振方向相对于悬臂方向的偏移图,用一个双高斯函数可以很好地拟合这个分布,峰值分别在-1.9˚和91.1˚,标准偏差约为20.7˚。6个分子云的贡献用6种不同颜色标出。对应颜色的虚线标出了6个分子云附近的同步加速辐射方向。

扩展阅读:

  • 1. Clare Dobbs关于巨分子云形成的讨论
  • 2. 分子云中通过偏振测量磁场方向
  • 3. Widrow, Lawrence M. 对于星系磁场起源的讨论
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    6 Replies to “M33中分子云磁场沿旋臂方向的排列”

      • ngc2264

        Safari MacIntosh

        这句话我看着也觉得不是很直接,但是我还是直接翻译过来了,因为作者也没有说得很清楚,我不知道是否有其他的解释。原话是这样的 the B-fields in the GMCs are compressed within the spiral arms,我的理解是:用密度波压缩来解释旋臂的形成的话,旋臂中的物质是压缩过的。一般认为星际中磁场和介质是耦合的,那样磁场也是受到了压缩,强度增大,平均方向改变。

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