科研人員基於默奇森寬場陣測量銀河系瀰漫輻射分布

銀河系的瀰漫輻射在低頻射電波段（小於數百兆赫茲）由同步輻射佔主導。該輻射是宇宙線電子在磁場中做螺旋運動時產生的。宇宙線電子的能量很高，其動力學能量在千兆電子伏量級，主要由超新星爆發等激波加速過程產生，並主要在銀道面附近傳播。因磁場遍布整個銀河系，故瀰漫同步輻射在全天都可觀測到，並且在銀道面上最強。研究該輻射的空間分布對研究宇宙線電子和銀河系磁場的空間和能量分布有重要意義。

銀河系瀰漫同步輻射的二維空間分布已經在多個頻率觀測過，但是徑向的分布卻很難測量，因為望遠鏡得到的二維天圖是視線方向的亮度累積。由銀河系中性氫產生的21厘米譜線可以有效地用來研究視線方向的中性氫分布，但是該方法並不適用於同步輻射研究，因為同步輻射是連續譜，沒有譜線可以用來確定速度和位置信息。幸運的是，恆星形成區在低頻可以吸收同步輻射，原因是這些區域有大量的自由電子，這些電子通過自由-自由吸收過程與同步輻射的光子發生作用。如果恆星形成區到地球的距離和它的電子溫度已知，通過比較恆星形成區和它們周圍區域的亮度變化，就可以計算出吸收了多少，也就是從恆星形成區到銀河系邊界這段路徑上有多少同步輻射產生，還可以進一步算出恆星形成區到觀測者之間的同步輻射亮溫度。

基於上述方法，中國科學院國家天文台研究人員與合作者在原有47個恆星形成區吸收測量的基礎上，進一步觀測到152個吸收現象，從而測出了這些吸收區域前後的同步輻射亮溫度（如下圖）。這些測量是基於Natasha Hurley-Walker等人用默奇森寬場陣（MWA）觀測得到的GLEAM巡天圖完成的，頻率範圍從72到231兆赫茲。MWA是平方公里陣（SKA）的先導項目之一，其設計建造、數據處理和科研結果對低頻SKA有指引作用。

該研究不僅增加了測量的數量，還改進了計算的方法。原有的方法中有兩個問題。其一是，干涉測量不可避免的流量損失使得恆星形成區到觀測者之間的同步輻射亮度測不出來。該研究借用408兆赫茲的全天圖，解決了這一問題。其二是，恆星形成區在100兆赫茲頻率附近並不都是完全不透明的。如果部分同步輻射透過恆星形成區，會使得測量結果產生系統誤差。該研究利用多個波段的觀測和恆星形成區恆定的光深譜指數，解決了這一問題，並計算出光深大小。這些測量結果將幫助建立模型，限制銀盤上的宇宙線電子分布。

該研究於近期發表在《英國皇家天文學會月刊》（MNRAS）上，第一作者為國家天文台蘇洪全，合作者包括澳大利亞科廷大學教授 Macquart 等人和國家天文台研究員田文武等共二十多位科研人員。

圖：銀河系同步輻射率沿著不同視線方向的分布。每條線表示一個視線方向，線的顏色表示在76兆赫茲頻率上的同步輻射率（可粗略理解為同步輻射沿著該路徑的平均功率）。虛線表示銀河系的邊界（假設銀盤半徑20千秒差距）。線上的白點代表恆星形成區。這些測量結果是基於GLEAM巡天（http://www.mwatelescope.org/science/gleam-survey）得到的。背景圖是銀河系的藝術圖，包含了迄今所知的銀河系主要結構，引自NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC-Caltech)。

來源：中國科學院國家天文台

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