中德6厘米银道面偏振巡天中电离气体的研究

Ionized gas is one of the most important components of the interstellar medium in the Galaxy. Based on the radio continuum observations, we can study the properties of the HII regions and the diffuse ionized gas, which are the two major constituents of the entire ionized gas. The studies of the HII regions not only provide the environmental information of the early-stage star formation, but as Faraday screens, they can be also used to derive the relation between the gas density and the magnetic field strength, and between the thermal pressure and the magnetic pressure, which is a key input in the simulations of star formation and the Galactic evolution. Studies of the diffuse ionized gas help us to understand the properties of the thermal Galactic emission and help to extract of CMB foreground emission. We plan to use the Sino-German 6cm polarization survey of the Galactic plane, together with the continuum data sets observed at other frequencies, Ha and infrared data to identify HII regions in a sky coverage of 2200 square degree. We aim to make a new radio HII region catalog, and calculate the flux densities and sizes of the HII regions therein. With a newly developed method, a separation of the thermal and non-thermal emission components will be done, to study the thermal emission properties of the Galactic plane. A free-free emission template will be established. We also aim to study the gas density-magnetic field strength and the thermal pressure-magnetic pressure relations through the radio continuum polarization data. Using the radio continuum data, we are also able to check whether the anomalous microwave emission discovered by the Planck satellite is truly existed in some of the HII regions.

电离气体是银河系星际介质的重要组成部分。利用射电连续谱数据，我们可以对其中的两大类：HII区和弥漫电离气体的性质展开许多有价值的研究。对HII区的射电连续谱研究不但可以提取恒星形成早期周围环境的物理信息;作为法拉第屏，HII区还可以用来研究电离气体中物质密度与磁场强度、热压与磁压之间的关系，为恒星形成和银河系演化数值模拟提供观测限制。对弥漫电离气体的射电连续谱研究则能为了解银河系热辐射性质、提取CMB前景辐射提供帮助。我们计划利用中德6厘米银道面偏振巡天2200平方度的连续谱数据，结合其它波段数据，对其中的HII区进行证认，建立新的射电HII区表，对其中HII区的流量密度和大小进行测量；利用新方法分离银道面上电离气体的辐射，研究辐射性质、建立辐射模板；利用射电连续谱偏振数据研究物质密度-磁场强度、热压-磁压关系；检验Planck卫星发现的反常微波辐射是否真的存在于在某些HII区中。

本项目针对银河系银道面内的热电离气体进行了研究。主要研究内容包括：（1）对著名恒星形成区W4上方的热电离超级泡状结构进行了全新的11厘米和6厘米射电连续谱总强度和偏振成图观测，结合21厘米存档数据，首次准确测量了其磁场强度，计算了该结构不同高度的电子密度和磁场强度，对比了热压磁压关系，发现了泡状结构冲破银盘形成的环向磁场。该工作的数据结论对研究银河系银盘-银晕联系具有重要参考意义。（2）利用国际上公开的红外泡泡(HII区)和气体团块数据，研究了红外泡泡周围气体和团块性质。通过引入距离参数解决前人研究中未能解决的投影问题。新的研究结果表明泡泡膨胀会诱发物质聚集进而触发新一代恒星形成。（3）完成对6厘米巡天中小角径点源的证认工作，为开展小角径HII区的研究打下基础。（4）通过对比6厘米点源、延展源数据和Paladini HII区表和WISE HII区表，我们证认了6厘米巡天中的HII区，该工作首次测量了众多HII区，尤其是大角径HII区在6厘米波段流量密度，同时发现并指正了前人工作中若干误证认的射电源。（5）现有的德国S波段银道面巡天在部分天区数据质量不高，在没有高质量的S波段数据之前，我们通过改编Xu et al. (2013)热和非热辐射成分分离程序，使之在保证准确率的同时，暂时避免了对S波段低质量数据的使用。同时，为了保有多波段数据的优势，我们着手发展佳木斯66米望远镜的S波段观测，积累高质量观测数据，用以开展银河系射电展源的研究。我们已经通过一系列的测试工作使66米望远镜具备了巡天观测能力。（6）在6厘米巡天数据中寻找延展HII区时，我们发现了位于巡天边缘（~银纬5度）的新射电延展源G150.3+4.5。通过结合多波段观测数据将其证认为新的超新星遗迹。近期在银盘外对若干新目标的发现，使我们意识到在中银纬天区还有很多物理等待挖掘。