银河系热辐射和非热辐射成分分离原理

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摘要 银河系电源的辐射机制主要有两种：热的自由—自由辐射和非热的同步辐射。分别来自于带电粒子的相互作用和相对论电子在磁场中的螺旋运动，与之相对应的强射电源是电离氢区和超新星遗迹，而且银河系的大尺度结构的背景辐射也是来自于同步辐射。将这两种辐射成分进行分离是研究银河系星际介质的重要手段。本文利用多波段的射电连续谱观测数据，建立了一种新的辐射成分分离方法，通过对观测数据每一个像素点对应的银河系辐射的谱指数进行分析，以达到热辐射和非热辐射成分分离的目的，并求出同步辐射成分谱指数在银河系内的分布情况。

关键词 射电连续谱；超新星遗迹；电离氢区

中图分类号O4 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0121-02

0引言

由于在光学波段观测银道面会有消光效应的存在，所以射电波段的观测数据成为了研究银河系结构的主要工具。在射电波段，银河系辐射主要有两种辐射机制：热的轫致辐射（自由—自由辐射）和非热的同步辐射。自由—自由辐射源于带电粒子相互碰撞，同步辐射是由相对论电子在磁场中的螺旋运动产生的。在厘米和分米波段的射电连续谱中，观测到的两种强射电源——超新星遗迹和电离氢区（HII区）的辐射机制分别是同步辐射和自由—自由辐射。将这两种辐射成分分离，对于研究银河系的意义是重大的。利用分离后的结果，可以描述银河系内不同种类电子的分布，可以发现未知的射电源以及新的超新星遗迹和HII区，也可以对已知的超新星遗迹和HII区进行验证。利用超新星遗迹，又可以研究大质量恒星的晚期演化，了解其对星际介质的加热作用、超新星爆发时的构成元素，也可以研究星际介质的磁场结构。结合复合线数据，可以求得HII区的光度，这对确定银河系的哈勃类型有着重要的作用。同时由得到的非热辐射成分的谱指数分布，也可以更准确的对丢失大尺度结构的观测数据，进行大尺度结构辐射的补偿。

分离热辐射和非热辐射成分的方法，前人已经建立了几种模型（如Hinshaw et al. （2007），Marta I. R. Alves et al. （2011），Paladini et al. （2005）），但是这些模型或者存在着很大的不确定度，或者有诸多的局限。本文中，我们将设计一种新的方法，利用多波段的射电连续谱数据，通过对谱指数的分析，来实现热辐射成分和非热辐射成分的分离，并且求得观测数据每一个像素点所对应的非热辐射成分的谱指数。

1 分离方法

1.1数据的选取

现已完成的银河系全天巡天和银道面巡天观测有很多，但是一些早期的数据灵敏度很低，分辨率也非常差，而且没有电子版的数据，这样的数据并不适合做细致的研究。上个世纪八十年代之后，射电望远镜已经得到了长足的发展，无论是灵敏度还是分辨率，都逐渐达到了人们的要求，所以我们所用的数据就要根据实际工作中所要研究的区域进行选择。要注意的是，一些上世纪八十年代早期的数据（如Haslam et al. （1982）中介绍的408MHz数据和Reich et al. （1982，1986）中介绍的1420MHz的数据）是全波束数据，而之后的观测数据基本都是主波束的数据，所以在计算的过程中，只能是同一类型数据进行计算，不能不同类型的数据进行交叉计算。此外，有很多数据尤其是高分辨率的数据，大多是丢失大尺度结构辐射的，这样的数据要进行大尺度结构数据的补偿（也被称为零级修正或绝对校准），在这之后才能用于辐射成分分离的计算。

2 结论

本文介绍了一种新的利用多波段射电连续谱观测数据，通过对热的自由—自由辐射和非热的同步辐射的谱指数进行分析，实现分离银河系热辐射成分和非热辐射成分的方法。通过此方法，可以更准确的将银河系内的不同辐射成分进行分离，对于研究银河系结构、了解银河系电子分布、甄别超新星遗迹和HII区和星际介质的性质都有重要的帮助。

参考文献

[1]Hinshaw， G.， Nolta， M.R.， Bennett， C.L.， Bean， R.， Doré， O.， Greason， M.R.， Halpern， M.， Hill， R.S.， Jarosik， N.， Kogut， A.， 2007， ApJS， 170， 288H.

[2]Alves， Marta I.R.， Davies， Rodney D.， Dickinson， Clive， Calabretta， Mark， Davis， Richard， Staveley-Smith， Lister， 2011， arXiv， 1108， 6268A.

[3]Paladini， R.， De Zotti， G.， Davies， R.D.， & Giard， M.2005， MNRAS， 360， 1545.

[4]Haslam， C.G.T.， Salter， C.J.， Stoffel， H.， & Wilson， W.E.1982， A&AS， 47， 1.

[5]Reich， P.& Reich， W.1986， A&AS， 63， 205.

[6]Reich， W.1982， A&AS， 48， 219.

[7]Reich， P.& Reich， W.1988， A&AS， 74， 7.