Studying ISM magnetic fields and turbulent regimes from polarimetric maps

Abstract

Polarimetric maps have been used for the characterization of the magnetic field in molecular clouds. However, it is difficult to determine the 3-dimensional properties of these regions from the projected maps. For that reason, numerical simulations can be used as benchmarks for polarimetric measurements, and eventually reveal more about the interplay of turbulence and the magnetic field lines. In this work we make a number of MHD numerical simulations of turbulent molecular clouds and created their synthetic dust emission polarization maps, varying the direction of the observer. We determined the correlation of intensity emitted and polarization degree for the simulated models. We were able to reproduce the decay of the polarization degree at denser regions without any assumption regarding the properties of the dusty component. The anti-correlation arises from the simple cancellation of the polarization vectors along the line of sight. This effect is amplified within denser regions as the magnetic field configuration becomes more complex. We studied the probability distribution function, the power spectrum, and the structure function of the polarization angles. This statistical analysis revealed strong differences depending on the turbulent regime (i.e. sub/supersonic and sub/super-Alfvenic). Therefore, these methods can be used on polarimetric observations to characterize the dynamics of molecular clouds. We also presented a modified Chandrashekhar-Fermi method to obtain the intensity of the local magnetic field. The proposed formulation showed no limitations regarding orientation or turbulent regime.

Resumen

Mapas polarimétricos han sido usados para caracterizar el campo magnético en nubes moleculares. Sin embargo, es difícil determinar las propiedades tridimensionales de mapas de proyección de dichas regiones. Por esta razón, simulaciones numéricas pueden ser usadas como pruebas de las mediciones polarimétricas, y eventualmente revelar más acerca de la relación entre la turbulencia y las líneas de campo magnético. En este trabajo realizamos una serie de simulaciones MHD de nubes moleculares turbulentas y creamos mapas sintéticos de emisión polarizada de polvo, en las cuales variamos la dirección del observador. Determinamos la correlación de la intensidad de la emisión y el grado de polarización para los modelos. Pudimos reproducir el decaimiento del grado de polarización en zonas más densas sin suposición alguna de las propiedades de la componente de polvo. La anticorrelación viene la simple cancelación de los vectores de polarización a lo largo de la visual. El efecto es amplificado dentro de zonas de alta densidad ya que la configuración del campo magnético se torna más compleja. Estudiamos la función de distribución de probabilidad, el espectro de potencias, y funciones de estructura de losángulos de polarización. Estos análisis estadísticos revelan gandres diferencias dependiendo del régimen turbulento (es decir subó súper-sónico, subó super-Alfvénico). Entonces, estos métodos pueden ser utilizados en observaciones polarimétricas para caracterizar la dinámica de las nubes moleculares. Presentamos también un método Chandrassekhar-Fermi modificado para obtener la magnitud del campo magnético local. La formulación sugerida no muestra limitaciones respecto al régimen turbulento u orientación.