银河系随机磁场建模的新约束

我们在 Jansson & Farrar 提出的现有银河系磁场模型基础上，通过引入小尺度分量的随机实现，扩展了对小尺度磁场各向同性和各向异性随机分量的描述。利用具有高斯随机场的磁场功率谱、NE2001 热电子模型以及当前 GALPROP 模型中的银河宇宙射线电子分布，我们推导了全天的总同步辐射强度、偏振同步辐射强度以及法拉第旋转量分布图。先前的工作假设小尺度涨落沿视线方向平均为零，或仅计算随机场的系综平均，而我们表明必须仔细考虑这些涨落。通过与观测数据对比，我们不仅发现与 408 MHz 总强度图和 WMAP7 22 GHz 偏振强度发射图吻合良好，而且与银河系前景旋转量图及其功率谱的吻合度也有所提高，后者的振幅和形状强烈依赖于随机场的参数。我们证明，为了匹配观测到的银河系前景旋转量图功率谱的斜率，需要约 220 pc 的相关长度（50 pc 为 5\sigma 下限）。利用多次随机实现，我们还可以推断单个观测量的误差。我们发现，为了计入新的小尺度贡献，先前使用的随机和各向异性随机磁场分量的振幅需要分别缩放约 0.3 和 0.6 倍。我们的模型预测北银河极和南银河极的旋转量分别为 -2.8\pm7.1 rad/m^2 和 4.4\pm11.0 rad/m^2，与观测结果吻合良好。将我们的模型应用于超高能宇宙射线的偏转，我们推断来自 CenA 的 60 EeV 质子的平均偏转角约为 3.5\pm1.1 度。