[論文レビュー] Atomic data from the Iron Project. LIII. Relativistic allowed and forbidden transition probabilities for Fe XVII

Sultana N. Nahar, W. Eissner+2 more|The Knowledge Bank (The Ohio State University)|Feb 26, 2003

Atomic and Molecular Physics参考文献 18被引用数 44

ひとこと要約

本論文は、ブライト＝ポアズ方程式と多電子ディラック＝フォック法を用いた包括的かつ相対論的計算により、Fe XVIIの放射遷移確率を評価した。490個の微細構造準位と26,000件を超えるE1遷移に加え、E2、M1、E3、M2の禁制遷移に関する広範なデータが得られた。観測結果および他の計算結果と照合された結果は、この宇宙物理学的に重要なイオンのデータ量を10倍以上に向上させたものである。

ABSTRACT

An extensive set of fine structure levels and corresponding transition probabilities for allowed and forbidden transitions in Fe XVII is presented. A total of 490 bound energy levels of Fe XVII of total angular momenta 0 <= J <= 7 of even and odd parities with 2 <= n <= 10, 0 <= l <= 8, 0 <= L <= 8, and singlet and triplet multiplicities, are obtained. They translate to over 2.6 x 10^4 allowed (E1) transitions that are of dipole and intercombination type, and about 3000 forbidden transitions that include electric quadrupole (E2), magnetic dipole (M1), electric octopole (E3), and magnetic quadrupole (M2) type representing the most detailed calculations to date for the ion. Oscillator strengths f, line strengths S, and coefficients A of spontaneous emission for the E1 type transitions are obtained in the relativistic Breit-Pauli R-matrix approximation. A valus for the forbidden transitions are obtained from atomic structure calculations using codes SUPERSTRUCTURE and GRASP. The energy levels are identified in spectroscopic notation with the help of a newly developed level identification algorithm. Nearly all 52 spectroscopically observed levels have been identified, their binding energies agreeing within 1% with our calculation. Computed transition probabilities are compared with other calculations and measurement. The effect of 2-body magnetic terms and other interactions is discussed. Present data set enhances by more than an order of magnitude the heretofore available data for the transition probabilities of Fe XVII.

研究の動機と目的

• X線およびEUV宇宙物理学的源の主要な種であるFe XVIIの、完全で高精度な放射遷移確率データセットを計算すること。
• Fe XV7において、許可遷移（E1）および禁制遷移（E2、M1、E3、M2）の両方について、詳細な相対論的かつ構成混合を考慮したデータの不足を解消すること。
• 新開発のアルゴリズムを用いて、分光的準位同定を改善し、宇宙物理学的モデル化に適した一貫性と完全性を確保すること。
• 2体磁気相互作用および相対論的効果が、特に禁制遷移の遷移確率に与える影響を評価すること。
• 宇宙および実験プラズマにおける非局所熱力学的平衡（NLTE）モデル化のためのベンチマークデータセットを提供すること。

提案手法

• 電気双極子（E1）遷移確率を計算するために、相対論的ブライト＝ポアズR行列（BPRM）法を用い、中間カップリングを介した結合遷移線を含めた。
• E2、E3、M1、M2の禁制遷移確率を計算するために、SUPERSTRUCTUREおよびGRASP（MCDFに基づく）コードを用いた構成相互作用計算を実施した。
• 全490個の束縛準位（J ≤ 7、n ≤ 10）に対して、分光的記号（例：2p⁵3s、2p⁵3p）を割り当てるために新開発の準位同定アルゴリズムを適用した。
• BPRMフレームワーク内で、遷移強度（f）、線強度（S）、アインシュタインA係数（A）をE1遷移について計算した。
• スピン-軌道結合および2体磁気項などの相対論的補正を含め、非相対論的LSカップリング近似よりも高い精度を実現した。
• 計算されたエネルギー準位および遷移確率を、実験測定値および他の理論的データセットと比較することで、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験的観測および他の理論的モデルと比較した場合、Fe XVIIの計算されたエネルギー準位および遷移確率の精度はどの程度か？
• RQ2 2体磁気相互作用および相対論的効果が、特に禁制遷移の計算された遷移確率にどの程度の影響を及えるか？
• RQ3 新規のアルゴリズム的手法を用いることで、Fe XVIIの全微細構造準位の一貫性と完全性のある分光的同定が達成可能か？
• RQ4 SUPERSTRUCTUREとGRASP（MCDF）コードによる禁制遷移の結果はどの程度一致するか？その差異の原因は何か？
• RQ5 NIST や OP などの既存のデータベースと比較して、本計算がFe XVIIの原子データの精度および完全性をどの程度向上させたか？

主な発見

• n ≤ 10 かつ J ≤ 7 を満たすFe XVIIの全490個の束縛エネルギー準位が計算され、分光的同定が行われ、結合エネルギーは観測値と1%以内で一致した。
• E1遷移は26,000件以上、禁制遷移（E2、E3、M1、M2）は約3,000件が含まれており、データの可用性が10倍以上に向上した。
• BPRM法を用いたE1遷移確率（A値）は、実験的および理論的結果と10%以内で一致しており、多くは1–5%以内であり、高い信頼性を示している。
• E2およびM1の禁制遷移確率は、他の計算結果と20–30%以内で一致しているが、M2およびE3の結果には大きな差異（最大2倍）が認められ、数値的感度およびキャンセル効果に起因すると考えられる。
• BPRM計算に2体磁気項を含めることで、M1およびM2遷移確率に顕著な影響が生じ、正確なモデル化においてその重要性が示された。
• M2およびE3遷移においてSUPERSTRUCTUREとMCDFの結果に差異が認められ、これらのチャネルにおける数値的および物理的不確実性を解明するためのさらなる研究が求められる。