[論文レビュー] A New Multiplet Table for Fe

I. G. Nave, S. Johansson+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 1994

Astronomical Observations and Instrumentation被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、1700 Å から 5 μm の波長域で高分解能フーリエ変換分光およびグレーティング分光を用いて、Fe-NeおよびFe-Arホロウカソードランプを用いて得られた中性鉄（Fe I）の新しい高精度な多重項表を提示している。28個の新しいエネルギー準位、9759つの遷移からの9501本の識別された線、多数の線の実験的 log(gf) 値が報告されており、波長精度が 0.002 cm⁻¹ 未満に向上し、かつ従来のデータが不足していた近紫外および近赤外領域へのカバー範囲が拡大されている。

ABSTRACT

We have recorded spectra of iron-neon and iron-argon hollow cathode lamps in the region 1700A -- 5um (59000 -- 2000cm-1), with Fourier transform (FT) spectrometers at the National Solar Observatory, Tucson, Arizona, U.S.A. and Imperial College, London, U.K., and with a high resolution grating spectrograph at the National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, U.S.A. The uncertainty of the strongest lines in the FT spectra is <0.002cm-1 (0.2mA at 3000A; 8mA at 2um). Pressure and current-dependent shifts are <0.001cm-1 for transitions between low lying levels, increasing to 0.006 cm-1 for transitions between the most highly excited levels. We report 28 new energy levels of Fe I and revised values of another 818 levels. We have identified 9501 lines as due to 9759 transitions in Fe I, and these are presented in the form of a new multiplet table and finding list. This compares with the 5500 lines due to 467 energy levels in the multiplet tables of Moore (1950, 1959). The biggest increase is in the near ultraviolet and near infra-red, and many of the new lines are present in the solar spectrum. Experimental log(gf) values are included where available. A further 125 unidentified lines due to Fe I are given.

研究の動機と目的

• 現代の天体物理学的分光法における中性鉄（Fe I）の更新された高精度な原子データの緊急的な必要性に対処すること。
• 従来の多重項表で不足していた近紫外および近赤外領域へのFe Iのエネルギー準位およびスペクトル線のカバー範囲を拡大すること。
• 波長精度の向上と、特に太陽スペクトルにおいて未割り当てまたは誤って特定された線の同定。
• 可視域および近赤外域において、合成スペクトルモデリングを支援するため、多くの線の実験的 log(gf) 値を提供すること。
• 天文データ解析の広範な利用を可能にするために、新しいデータをコンピュータで読み取り可能な形式で提供すること。

提案手法

• Fe-NeおよびFe-Arホロウカソードランプを用いて、国立太陽観測所（トゥーソン）およびインペリアル・カレッジ・ロンドンで高分解能フーリエ変換分光測定が実施された。
• 国立標準技術研究所（ゲイテルズバーグ）の高分解能グレーティング分光計を用いて、可視域および近赤外域へのカバー範囲を拡大した。
• スペクトルは1700 Å から 5 μm（59,000 から 2,000 cm⁻¹）の範囲で記録され、高い信号対雑音比と波長精度を達成した。
• 実験的遷移波長とリッツの組み合わせ原理を用いてエネルギー準位を再検討し、強度の高い未割り当て線から新たな準位を同定した。
• 文献から入手可能な実験的 log(gf) 値を収集し、項エネルギー準位系に基づいて遷移を多重項に分類した。
• 太陽スペクトルとの比較によるデータの妥当性確認が行われ、ほぼすべての強線が太陽スペクトルに存在することが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近紫外および近赤外領域におけるFe Iの線カバー範囲はどの程度で、現代の高分解能分光法によって新たに同定可能な線はどれくらいか？
• RQ2 従来の実験的測定の限界を超えて、Fe I遷移波長の精度をどのように向上させられるか？
• RQ3 太陽スペクトルにおいて未割り当てまたは未同定のままだった線がFe I由来である場合、それらは新たなまたは再検討されたエネルギー準位と関連づけることができるか？
• RQ4 Fe I線の実験的 log(gf) 値の現在の状況は何か？ また、合成スペクトルモデリングへの応用を高めるにはどのように改善できるか？
• RQ5 現代の実験的スペクトルは、特に高励起準位において、旧来の多重項表に見られる矛盾をどの程度解消できるか？

主な発見

• 新しい多重項表には846個のエネルギー準位が含まれており、そのうち28個が新しいもので、ムーアの1959年多重項表の467個の準位を大幅に超える項系が拡張された。
• 合計9,501本のスペクトル線が同定され、それに対応する遷移は9,759個にのぼり、ムーア多重項表の約5,500本に比べて顕著な増加である。
• 最も強い線の波長不確実性は0.002 cm⁻¹未満（3,000 Åで0.2 mÅ、2 μmで8 mÅ）であり、これは従来のデータに比べて1桁の精度向上を示している。
• 線数の最大の増加は、3,000 Å未満の近紫外領域（約750本から約2,000本に増加）および1 μmを超える近赤外領域（0本から約3,000本に増加）で観察された。
• 多くの線に実験的 log(gf) 値が含まれているが、3,000 Å未満の線の約20％および1 μmを超える線のほとんどは測定値がなく、これが重要なデータギャップであることを示している。
• 広範なデータにもかかわらず、125本の線が未割り当てのままであり、太陽スペクトルにおける未同定線の最大の割合は1〜2 μmの近赤外領域に集中している、特に近赤外域に顕著である。