宇宙学尺度上的协变偏振辐射转移及其对大尺度磁场结构的研究
宇宙学与河外天体物理
2019-01-30 v1 天体物理仪器与方法
摘要
辐射的偏振是研究宇宙磁性的有力工具，偏振分析可用作大尺度结构的诊断手段。在本文中，我们为利用偏振光研究大尺度磁场结构提供了坚实的理论基础：宇宙学偏振辐射转移 (CPRT) 公式。CPRT 公式是完全协变的。它以自洽方式考虑宇宙学与相对论效应，并显式处理法拉第旋转、法拉第转换、发射与吸收过程。该公式由相空间体积与光子数守恒的基本原理导出。在不失一般性的前提下，我们考虑平坦 Friedmann-Robertson-Walker (FRW) 时空度规并构建相应的偏振辐射转移方程。我们提出一种基于射线追踪方法的全天 CPRT 计算算法，该算法可纳入宇宙学模拟结果，从而构建偏振图模板。此类图对我们解释偏振数据（如 Square Kilometer Array (SKA) 将收集的那些）至关重要。我们描述了用于验证代码的若干检验，并展示了在不同电子数密度与磁场分布下偏振特征研究中的应用。我们给出了铅笔束 CPRT 计算与全天计算，分别使用来自 GCMHD+ 模拟的星系团或模型磁化宇宙作为相应输入结构。讨论了对大尺度磁场研究的影响；并强调关于使用旋转量标准方法的评述。
引用
@article{arxiv.1901.04581,
title = {Covariant polarized radiative transfer on cosmological scales for investigating large-scale magnetic field structures},
author = {Jennifer Y. H. Chan and Kinwah Wu and Alvina Y. L. On and David J. Barnes and Jason D. McEwen and Thomas D. Kitching},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.04581},
year = {2019}
}
备注
32 pages, 14 figures