Polarised Synchrotron Emission from Electrons in the Galactic Magnetic Field

Abstract

Polarisasjonsfraksjonen målt mot den nordlige galaktiske polen er mye lavere enn forventet fra synkrotronstråling. I denne oppgaven undersøker vi ulike galaktiske magnetfeltmodeller for å sammenligne med polarisasjons- og intensitetsdata. Vi beskriver både turbulente magnetfelt og teorien rundt synkrotronstråling, med et fokus på polarisasjon. Formler for den sirkulære og lineære polarisasjonsgraden blir derivert for et enkelt elektron og en distribusjon av elektroner som følger en potenslov. Videre presenterer vi magnetfeltmodeller for turbulente og regulære felt. Vi argumenterer for at de regulære feltmodellene ikke kan reprodusere de lave polarisasjonsverdiene målt, verken alene eller i kombinasjon med et turbulent felt. Et utvidet turbulent felt kan inkluderes for å løse problemet. En forenklet totalfeltmodell bestående av et turbulent disk- og korona-felt med et regulært "halo"-felt blir også utforsket. Simulasjoner av synktrotronpolarisasjon og -intensitet for denne modellen kan stemme overens med de målte dataene i et betydelig antall tilfeller, gitt visse parametre og antagelser.

The fractional polarisation measured towards the northern Galactic pole is much lower than expected from synchrotron emission. In this thesis we investigate different Galactic magnetic field models to fit polarisation and intensity data. We provide descriptions of both turbulent magnetic fields and the theory of synchrotron radiation, with a focus on polarisation. Formulas for the degree of circular and linear polarisation are derived for a single electron and a power-law electron distribution. Furthermore, magnetic field models are presented for turbulent and regular fields. We argue that the regular field models may not reproduce the low measured polarisation degrees, either alone or in combination with a turbulent field. An extended turbulent field may be added to solve the issue. A simplified total field model consisting of a turbulent disk and corona field with a regular halo field is also investigated. Simulations of synchrotron polarisation and intensity for this model may be in agreement with the measured data in a significant amount of cases, for some given parameters and assumptions.