调查Planck-Detected AME的来源:高分辨率观察15 GHz

文摘

的普朗克28.5 GHz地图寻找潜在异常微波发射(AME)地区的规模~3°或更小,一些新的选择感兴趣的区域。辅助数据在低和高频率被用来构建光谱能量分布(SEDs),这似乎证实了一个过剩与旋转的尘埃模型一致。我们目前的高分辨率观测这些新地区的两个角分Microkelvin成像仪小数组(AMI SA) 14至18 GHz紧凑的测试(~10弧分或更小)的组件。AME-G107.1 + 5.2,由S140 Hii区域,我们发现的证据增加频谱特征与AME的尘埃旋转机制或超/ hypercompact Hii区域在AMI频带;然而,对于AME-G173.6 + 208我们发现没有证据表明AME的尺度~2 - 10弧分。

1。介绍

的普朗克卫星(1,2观察天空在9个频带,覆盖范围从30到857 GHz。其宽频率范围可能允许检测高频数据以来的AME 100 GHz以上可以用来限制热发射,而低频数据接近的理论峰值旋转的粉尘排放。当结合辅助数据在低频段,AME区域的光谱可以准确地确定和用于探测属性大(1度)。的普朗克地图是用来检测几个新的潜在AME地区(3)减去一个空间模型已知的发射机制(同步、免费和热尘埃)推断从观察或理论预测。两个地区,AME-G173.6 + 2.8和AME-G107.1 + 5.2,选择,和辅助数据在较高和较低的频率构造使用味精、包含建议的AME一致旋转的粉尘排放。

小数组的角分Microkelvin成像仪(AMI SA)是一个射电干涉仪位于剑桥附近,英国。AMI-SA主要是深圳调查仪器,是专门设计用于高灵敏度low-surface-brightness排放尺度的2 - 10弧分。设有14至18 GHz频率接近的理论峰值旋转粉尘排放,10 - 50 GHz之间不同的位置取决于晶粒尺寸、成分、和环境条件。AMI SA曾被用来识别和描述旋转的尘埃地区多个星系(例如。4,5])和银河系外的6)来源。高角分辨率和低频率的报道AMI SA高度互补的工具普朗克AME卫星的研究。SA的合成梁,这是一个有效的措施的决议≃2弧分应用,普朗克地图和辅助数据平滑共同解决≃1°AME检测。

2。观察和数据简化

AMI SA位于穆拉德射电天文台,英国剑桥(7]。它由十3.7米直径与基线范围的菜肴≃5 - 20 m和观察在乐队与八12 - 18 GHz 0.75 - GHz带宽通道。在实践中,最低的两个频率频道未使用的是由于较低的响应在这个频率范围和干扰地球同步卫星。

表中列出的两个来源1观察从2011年1月21-Feb 09年,对吗≃5个小时。

数据简化了使用当地的软件工具减少,旗帜干扰,阴影,和硬件错误,并应用相位和振幅校准。相关器的数据然后傅里叶转换为合成频率频道,在输出到磁盘紫外线符合格式。通量校正进行了使用短的3 c48,观察3 c286,或3 c147附近每次运行的开始和结束。假定的通量密度3 c286转换的甚大阵所提供的总强度测量Perley(私人交流)和符合鲁迪et al。8火星上转移到绝对规模的模型,使用的结果威尔金森微波各向异性探测器。假定的通量密度3 c48和3 c147是基于长期监测与AMI SA使用3 c286通量校准(见表2)。修正改变气团也应用使用noise-injection系统的“雨量计。”

明亮,附近的点光源的选择甚长基线阵校准器调查9每小时)观察在每个观察阶段校准的目的(见表1阶段校准器用于AMI SA的观察)。使用航的能见度数据成像(http://aips.nrao.edu/(渠道),从个人频道数据集3 - 8包容),以及合并后的渠道中心频率为15.75 GHz。高斯函数是拟合发现的来源5σ在地图使用JMFIT航任务。错误AMI SA通量密度值被添加在输出正交误差估计从JMFIT,折叠在估计r.m.s.地图与高斯相关噪声和错误,和通量的误差校准(包括雨量计校正)≃集成的通量密度的5%。

2.1。匹配的空间尺度上

自从发现来源被扩展到AMI SA梁,通量损失修正必须应用。这些被抽样计算加拿大银道面调查(本金保证产品,10总电源地图])1.4 GHz紫外线覆盖的AMI观察,其次是映射和高斯模型拟合采样地图以同样的方式作为AMI的观察。图2显示了采样的可见性与AMI观察到的可见性和比率来自拟合椭圆高斯分布地图。一致性检验,通量损失修正也计算了源建模为高斯函数根据大小参数来源于AMI连续地图。通道3通量密度作为参考,和通道4 - 8和本金保证产品1.42 GHz通量密度修正通道3规模使用安装通量损失百分比。

低频磁通密度为0.408、2.7和4.85 GHz估计从低分辨率本金保证产品,由,GB6 [10]地图通过卷积本金保证产品1.42 GHz映射到相应的决议,测量上的通量密度卷积本金保证产品和低分辨率的地图,和计算谱指数。然后正常低分辨率通量密度的通量密度估计本金保证产品图采样与AMI通道3紫外线报道使用光谱指数计算。然而,这些通量视为上限,因为额外的背景通量密度测量的量由低分辨率地图是不确定和不占流量损失修正。

3所示。结果

AMI SA的地图所示数据来源3和7。地图显示不纠正衰减由于主梁;通量密度如此更正报道,光谱指数是引用,该公约使用,通量密度,是频率。错误引用。

3.1。AME-G173.6 + 2.8

这个区域集中在HII区域S235 [11),目前172.8 + 1.5的一部分复杂的御夫座内。目前172.8 + 1.5是一个嗨我沙普利斯你好组成的复杂我地区和OB协会的珀尔修斯的手臂与单个对象组织沿着大(~ 7 - 4度)单纤维的结构,它的形态已经被拿来和一个领结12]。几个嗨我地区在这复杂的先前的研究的主题(例如。13])。,23(3):东北地区S231 S232,,和S235已知被关联到一个巨大的分子云的距离采用1.8 kpc ([14];分光光度法测定个人距离内每一个激动人心的星星你好我区域范围从1.0到2.3 kpc)和有系统的径向速度18.1−−23.0公里(15]。

它最近被提出,这四个嗨我地区躺在壳牌的信噪比(16]。这个前提,而不是不断扩大的嗨我地区,支持快速扩张的速度与之关联的外壳和高动能。此外,加入个人嗨纤维结构我地区也非热能的光谱贡献,符合一个嗨我泡沫。

图3显示了AMI SA channel-averaged地图和对应的本金保证产品1.4 GHz的地图。的平滑的决议普朗克分析显示的比较。可以看出有许多组件在平滑半径、扩散和紧凑,这可能会导致过度排放所看到的普朗克。

中检测到大量的离散源AMI SA主要梁向这一地区。领域是由南北串嗨我区域:S235 S235A (BFS46)和BFS47。BFS46 (S235A)以前AME嗨的研究的一部分我地区(17展览没有多余)被发现的地方是峡谷,有频谱符合光学薄免费排放。这提供了一个有用的检查任何系统的补偿在个别通道校准可能影响S235的光谱。虽然它是远离中心的指向,相位误差预计将有更大的效果,通量密度来源于AME-G173.6 + 2.8地图BFS46与以前的研究一致。

在这里我们也确认的光谱S235与光学薄免费排放是一致的。通量损失校正后使用本金保证产品取样地图、光谱指数是安装在AMI通道通量密度。用一个模拟椭圆高斯deconvolved源大小和位置角的AMI连续映射一致性检验给出了谱指数,很可能表明该源的区别并不是由一个高斯模型。图1(一)显示了本金保证产品抽样的可见性与AMI的可见性,显示了信件来自配件地图。可以看出,可见性之间的相关性很好,表明一个好的形态1.42和16个GHz之间的相关性。

尽管光谱指数比规范免费陡指数吗预计,这些指数的轫致辐射冷却器(重型)等离子体(18]。但是,它更有可能在这种情况下,跨AMI的陡谱带出现由于不精确的流量损失修正由于来源的结构差异1.4 GHz频率范围覆盖的AMI。拟合的本金保证产品1.42 GHz目录通量S235和AMI频道通量谱指数,符合广播复合线的测量洛克曼(19)发现公里对于这个区域,表明光学薄等离子体。图2(一个)显示了SED的修正指示通量损失;可以清楚地看到,AMI认为没有AME。通量密度由11厘米和GB6 4.85 GHz的调查应该考虑上限的通量损失修正计算本金保证产品数据安装在分辨率为1弧分不占任何贡献近端low-surface-brightness排放导致了通量密度的来源安装4.3决议和3弧分,分别。的确,当频率较低的数据放在一起考虑,图2 (b),我们发现AMI的数据是由一个免费光谱([20.];斯凯夫2012,本卷)。解决电子温度K,我们找到一个排放的措施pc,假设源deconvolved大小确定AMI的数据(公共广播=)。

3.2。AME-G107.1 + 5.2

这个区域集中在HII区域S140 [11]。在910个人电脑,S140 bright-rimmed云你好之间的接口我地区和分子云L1204 [21]。S140包含一个IR组(至少有三个来源22]。IRS1分子外流是一个大型的祖SE-NW方向与反射星云与蓝移SE叶([23];参见[24])。这个流出的活动引起了重大干扰周边许多地区全面羽毛结构可见高角分辨率k波段图像(25]。垂直于流出一个磁盘厘米波长的检测,证实了k波段偏振成像([26,27])。

这个地区的AMI观察图所示7。通量损失校正后,光谱指数是安装在AMI通道通量。光谱指数计算模拟高斯源的大小AMI channel-averaged地图通量损失校正;不过,可以看出,源是高度非高斯可能占的区别。图1显示了本金保证产品抽样的可见性与AMI的可见性和通量密度比来自恰当的地图。可以看出,可见性之间的相关性很好,表明一个好的形态1.42和15 GHz之间的相关性和支持日益增长的频谱利用本金保证产品数据正确AMI通量密度通量损失。

拟合的采样本金保证产品1.42 GHz通量密度和AMI通道3紫外线覆盖了光谱指数,符合光学薄免费排放。通量较低的分辨率没有估计的更复杂的背景来源;本金保证产品408 MHz目录通量密度调整的通量损失百分比1.42 GHz价值是包括作为参考;然而,非常大的错误。图4(一)显示了SED;似乎AMI通量表示AME的存在或超/ hypercompact嗨我地区。图7显示了AMI SA channel-averaged地图和对应的本金保证产品1.4 GHz的地图。

两个场景可能可以解释谱上升在AMI乐队:场景1的存在是一个hypercompact嗨我(HCHI我)地区和场景2是一个旋转的尘埃成分的存在。场景1如图4 (b)在较低的频率数据是由免费从等离子体的发射测量发射pc假设电子温度K。这将显示一个地区的古典嗨我;然而,隐含的相对高排量测量周转频率408兆赫和1.4 GHz之间要求躺源角尺寸要小得多(0.1弧分)比安装在AMI地图(公共广播=)与通量密度的大小一致。除了最好的拟合排放测量高频组件电脑,这是非常高的。

固定源大小从AMI,测量数据产生一个贫穷与低频数据,排放的措施电脑,见图5。上升的光谱在AMI乐队需要一个免费的组件电脑,符合一个极端或hypercompact嗨我地区。在这种情况下,我们找到一个最适合的高频分量的排放措施电脑的大小~0.001符合对象超/ hypercompact边界。尽管贫穷适合低频数据我们考虑这种情况下更有可能比第一,因为它是一致的测量范围和来源预测排放措施,身体更可行。

场景2如图6(一)AMI的上升的光谱数据占由一个旋转的尘埃模型的引入,作为德雷恩和Lazarian温暖电离介质(WIM)模型(28]。小角大小的发射区域的列密度旋转的粉尘排放区域需要相当高。另一个可能性是,408 MHz基准定义了一个光学薄免费的组件,而1.4 GHz点代表一个贡献更紧凑的嗨我和日益增加的频谱在AMI乐队表示进一步组件带来更紧凑的嗨我或旋转的尘埃。这种可能性如图6 (b);有趣的是光学薄免费的组件也有类似的排放措施表明,安装在大尺度的低频数据(3],虽然安装排放测量的不确定性因大量错误408 MHz点比较弱。

只有在SED可见好转AMI乐队不可能区分这两个场景使用AMI数据。然而,我们确认以上频率谱存在上升10 GHz。然而,我们还注意到级解释AMI上升所需的发射光谱是约一个数量级,太小,不足以解释多余的观察普朗克在≈1°的决议。

4所示。讨论

AME的检测普朗克数据是基于通量密度集成在一个孔半径1度。这样的测量将包含来自各种离散源,除了大规模扩散的背景。这里给出的数据使我们能够研究离散来源的人口导致这些背后的物理检测和调查他们的排放在一个频率范围敏感提出旋转的尘埃机制,一般认为AME提供物理依据。

本文提供的数据显示,从S235发射,G173.6 + 2.8区域内的主要来源,频谱符合光学薄免费排放,没有迹象显示一个旋转的尘埃组件。源S140, G107.1 + 5.2中占主导地位的地区,这里给出的数据表明,这个源上升在AMI的光谱带,并不符合光学薄的外推免费从较低的频率。

4.1。的光谱G107.1 + 5.2

在大尺度上的光谱G107.1 + 5.2 (3在本质上是模棱两可的。我们检查模棱两可通过比较不同的物理场景通过光谱(数据点从迪金森,过)。。在图8(一个)我们展示了一个场景,多余的排放在微波频率的存在提供了一个ultracompact嗨我地区,在图8 (b)我们展示了一个场景,多余的排放在微波频率是由一个旋转的尘埃组件。在这两种情况下最大似然(ML)拟合模型。这些适合被发现使用一个MCMC-based方法计算两毫升与相关参数的不确定性,以及具体的证据值模型使用模拟退火方法(29日]。

我们认为与原始模型相同的形式普朗克分析电子温度的免费排放气体固定K但离开发射测量自由变化。同样我们解决粉尘组件的温度K (3),因为这很大程度上取决于尘埃greybody的峰值;我们保留不透明度指数,,作为一个自由参数以及归一化系数。这两个初始组件我们添加第二个免费组件、第二次发射测量和参数化的大小定义相对于第一个免费排放区域的大小。第二个组件的电子温度也是固定的K。

在第二个场景中,我们假设一个相同的第一个免费组件和类似的尘埃greybody固定尘埃温度。我们这两个组件添加一个旋转的尘埃组件由一列参数化的密度,,包括一个潜在的宇宙微波背景辐射的贡献以类似的方式(3]。旋转的尘埃组件,我们用德雷恩和Lazarian WIM模型(28]。我们获得的模型参数略有不同的(3但在错误是一致的。

在第一个场景中,我们发现数据是由双组分模型,免费安装第二个组件有一个排放的措施电脑和源尺寸大于的一个因素1200年,小于第一发光区域的大小。约束条件都符合的存在一个ultracompact嗨我地区的相对大小表示一个对象的来源0.1在910电脑。缺乏数据的频率范围-20 - 1.4 GHz使这两个参数高度简并的光学深度这样一个对象可以达到统一频率超过一个数量级。事实上AMI乐队崛起的光谱,观察,表明周转频率GHz,因此一个排放的措施电脑,符合安装约束。

在第二个场景中我们发现类似的参数值由(3),除了宇宙微波背景辐射的贡献,我们发现大约一半的最大似然值取决于(3]。最大似然参数在表中列出了两种模型3和4。这些模型所示安装到数据中的数据8(一个)和8 (b)。对数的区别在两个模型之间的证据,确定了之前的体积,支持尘埃旋转模型。

假设光学薄免费组件占据普朗克SED出现尺度上是不可见的AMI,我们检查的可能性上升光谱观测在AMI乐队和多余的排放检测到普朗克都可以解释为一个hypercompact你好吗我地区。如果是这样的话,我们预测排放见过在AMI乐队普朗克造孔是光学薄的外推的总和AMI组件这些频率+测量通量密度。这是受几个强大的假设:首先,从HCHII排放地区尺度上出现AMI梁紧凑,因此将没有相对于通量损失普朗克测量;其次,HCHI我是主要贡献AMI通量密度。第一个假设是HCHI可靠我存在于鳞片高度紧凑的AMI和普朗克梁。第二个假设是不可靠的,因为它取决于HCHI的参数我模型,这是绝对不可能限制从AMI数据。考虑这是如此明显,AMI通量密度的大小不足以兼容所看到的过剩普朗克被一个HCHI贡献我地区。

同样它也是不可能的普朗克多余的解释的一个旋转的尘埃地区角尺度完全恢复了AMI。自从HCHI延长地区的可能性我在文献中没有先例,似乎那多余的衡量普朗克对G107.1 + 5.2起源于一个旋转的尘埃地区,其中大部分被扩展比衡量尺度较大的AMI。支持这个结论强有力的证据支持一个旋转的尘埃组件发现的模型进行比较。

5。结论

对于G173.6 + 2.8 (S235)和G107.1 + 5.2 (S140)我们得出结论,大部分的排放被过剩普朗克必须出现在尺度大于10弧分;发射被AMI的大小预计在15 GHz的2%≈1°的决议。对于G173.6 + 2.8我们确认的主要来源普朗克S235孔径,光谱尺度的2 - 10弧分符合光学薄免费排放。对于G107.1 + 5.2我们证明主要来源,S140,崛起的频谱在AMI乐队。这个范围是一致的旋转的粉尘排放或加州大学/ HCHI的存在我。只有这些尺度的低频数据不可能区分两种机制;然而,我们得出结论,导致光谱指数上升的贡献的大小在AMI乐队不足以解释测量普朗克过剩,必须再次出现尺度大于所探测的AMI。在这种情况下,因此可能增加频谱在AMI乐队也是旋转的粉尘排放的结果。

确认

作者感谢穆拉德射电天文台的员工他们宝贵的援助在AMI的调试和运行,这是由剑桥大学和STFC支持。他们也感谢克莱夫。迪金森大规模光谱的数据点G107.1 + 5.2和有用的评论裁判。本研究使用SIMBAD的数据库,在cd、法国斯特拉斯堡。y . c . Perrott承认有条件现金转移支付/卡文迪什实验室资助的支持。

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