A STUDY OF RADIO POLARIZATION IN PROTOSTELLAR JETS

Astrophysical Journal, 816 , pp. 64, 2016

Mariana Cécere (1,2), Pablo F. Velázquez (3), Anabella T. Araudo (4), Fabio De Colle (3), Alejandro Esquivel (3), Carlos Carrasco-González (5), Luis F. Rodríguez (5)

1 Instituto de Astronomía Teórica y Experimental, Universidad Nacional de Córdoba, X5000BGR, Córdoba, Argentina
2 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Argentina
3 Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México, Apdo. Postal 70-543, CP: 04510, D.F., México
4 University of Oxford, Astrophysics, Keble Road, Oxford OX1 3RH, UK
5 Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, Apdo. Postal 3-72, 58090, Morelia, Michoacán, México

ABSTRACT
Synchrotron radiation is commonly observed in connection with shocks of different velocities, ranging from relativistic shocks associated with active galactic nuclei, gamma-ray bursts, or microquasars, to weakly or non- relativistic flows such as those observed in supernova remnants. Recent observations of synchrotron emission in protostellar jets are important not only because they extend the range over which the acceleration process works, but also because they allow us to determine the jet and/or interstellar magnetic field structure, thus giving insights into the jet ejection and collimation mechanisms. In this paper, we compute for the first time polarized (synchrotron) and non-polarized (thermal X-ray) synthetic emission maps from axisymmetrical simulations of magnetized protostellar jets. We consider models with different jet velocities and variability, as well as a toroidal or helical magnetic field. Our simulations show that variable, low-density jets with velocities of ∼1000 km/s and ∼10 times lighter than the environment can produce internal knots with significant synchrotron emission and thermal X-rays in the shocked region of the leading bow shock moving in a dense medium. While models with a purely toroidal magnetic field show a very large degree of polarization, models with a helical magnetic field show lower values and a decrease of the degree of polarization, in agreement with observations of protostellar jets.

RESUMEN
La radiación sincrotrón se observa comúnmente en choques que van desde choques relativistas asociados con  núcleos galácticos activos, rayos gamma o microquasares, hasta flujos débiles o no-relativistas como los observados en los restos de supernova. Las recientes observaciones de radiación sincrotrón en jets protoestelares son importantes no solo porque amplían el rango sobre el cual funciona el proceso de aceleración, sino porque nos permiten determinar la estructura del jet y/o del campo magnético interestelar, dando con ello una previsión en los mecanismos de eyección del jet y de la colimación del mismo. En este trabajo, se muestran los resultados obtenidos a partir del análisis de mapas sintéticos de emisión polarizada (sincrotrón) y no polarizada (rayos X térmicos) construidos con  datos de simulaciones de jets protoestelares axisimétricos magnetizados. Se consideraron modelos con diferentes  velocidades del jet y variabilidad, con campos magnéticos tanto toroidales como helicoidales. Nuestras simulaciones mostraron que jets de baja densidad, con velocidades de orden de 1000 km/s y aproximadamente 10 veces menos densos que el medio ambiente, pueden producir nudos internos con significativa radiación sincrotrón y rayos X térmicos en la región del choque delantero que se mueve en un medio denso. Mientras que los modelos con un campo magnético puramente toroidal muestran un alto grado de polarización, los modelos con campo magnético helicoidal muestran un decrecimiento de estos valores, de acuerdo con las observaciones de jets protoestelares.