涨落发电机作用产生偏振同步辐射的性质——I. 在星系团中的应用

利用涨落发电机的磁流体动力学模拟,我们进行宽带合成观测,以研究偏振同步辐射的性质以及法拉第旋转在推断星系团星系团内介质(ICM)中偏振结构的作用。在发电机饱和态,我们发现法拉第深度(FD)弥散 $\sigma_{\rm FD} \approx 100$ rad m$^{-2}$,与ICM中观测值一致。显著地,FD功率谱与 $M(k)/k$ 定性相似,其中 $M(k)$ 为磁谱, $k$ 为波数。然而,当通过对ICM偏振辐射应用RM合成获得FD时,由于分辨率不足及FD空间谱的复杂性,该相似性在高 $k$ 处被破坏。与FD所得高斯概率分布函数(PDF)不同,同步辐射强度的PDF为对数正态。ICM中较大的 $\sigma_{\rm FD}$ 导致低频率($\lesssim 1.5\,{\rm GHz}$)下逐像素平均与峰值偏振强度的强频率依赖变化。在模拟分辨率下得到的平均分数偏振 $\langle p \rangle$ 从0.5 GHz处 $<0.1$ 增至6 GHz处其本征值 $\sim0.3$。束平滑在 $\lesssim 1.5\,{\rm GHz}$ 以下显著影响偏振性质,在0.5 GHz将 $\langle p \rangle$ 降至 $\lesssim 0.01$。在频率 $\gtrsim 5\,{\rm GHz}$ 时,即便用RM合成恢复,偏振基本不受影响。因此,我们的结果强调了未来射电望远镜进行高频($\gtrsim 5\,{\rm GHz}$)观测以有效探测ICM中偏振辐射性质的必要性。