星系M51中的磁场与旋臂

我们利用VLA和Effelsberg望远镜进行的新的多波长射电观测，研究了近邻星系M51在$200\pc$到数$\kpc$尺度上的磁场。结合干涉与单碟数据，获得了总强度和偏振发射下\wwav{3}{6}的新图，并对早期的\wav{20}数据进行了重新处理。我们将射电发射的空间分布与中性气体观测进行比较，导出了射电谱指数与法拉第退偏振图，并对法拉第旋转的大尺度变化进行建模，以推导规则磁场的结构。我们发现来自盘的\wav{20}发射严重退偏振，且在\wav{6}观测到的偏振发射中占主导的部分必定源于各向异性小尺度磁场。考虑到这一点，我们导出了该星系规则磁场的两个分量：盘由方位角模$m=0+2$的组合主导，但在晕中仅需$m=1$模即可拟合观测。我们讨论了观测到的射电强度旋臂-臂间对比度如何与旋臂激波中强烈气体压缩的证据相协调。代表旋臂较宽半径$r>2\kpc$处的平均臂-臂间对比度与直接压缩不相容：低于预期的臂-臂间对比度可能源于分辨率效应以及磁场离开旋臂时的减压。我们提出了一种简单方法，根据观测到的法拉第旋转量的标准差对分辨率的依赖关系来估计磁离子介质中的湍流尺度。由此我们得到了湍流涡旋尺寸为$50\pc$的估计值。