[論文レビュー] Gd Transition Probabilities and Abundances

E. A. Den Hartog, J. E. Lawler+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2006

Plasma Diagnostics and Applications参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、レーザー誘発蛍光法およびフォーリエ変換分光法を用いて、Gd IIの611本の遷移線に対する放射的寿命および遷移確率の、初めての高精度な実験的測定を報告する。改良された原子データにより、太陽の光球層におけるGdの全量は log ε = 1.11 ± 0.03 に再評価され、r過程に富む金属線度が低い星におけるGd/Eu比が太陽系のr過程パターンと一致することが確認され、太陽系においてGd、Sm、Hoのr過程寄与がわずかに高い可能性を支持する。

ABSTRACT

Radiative lifetimes, accurate to +/- 5%, have been measured for 49 even-parity and 14 odd-parity levels of Gd II using laser-induced fluorescence. The lifetimes are combined with branching fractions measured using Fourier transform spectrometry to determine transition probabilities for 611 lines of Gd II. This work is the largest-scale laboratory study to date of Gd II transition probabilities and the first using a high performance Fourier transform spectrometer. This improved data set has been used to determine a new solar photospheric Gd abundance, log epsilon = 1.11 +/- 0.03. Revised Gd abundances have also been derived for the r-process-rich metal-poor giant stars CS 22892-052, BD+17 3248, and HD 115444. The resulting Gd/Eu abundance ratios are in very good agreement with the solar-system r-process ratio. We have employed the increasingly accurate stellar abundance determinations, resulting in large part from the more precise laboratory atomic data, to predict directly the Solar System r-process elemental abundances for Gd, Sm, Ho and Nd. Our analysis of the stellar data suggests slightly higher recommended values for the r-process contribution and total Solar System values, consistent with the photospheric determinations, for the elements for Gd, Sm, and Ho.

研究の動機と目的

• Gd IIの電子構造が複雑であるため、そのような希土類元素のための実験的原子データを改善すること。
• 最新の実験的手法を用いて、Gd IIの遷移線の正確な放射的寿命および遷移確率を特定すること。
• 新しい実験的データを用いて、太陽の光球層におけるGdの全量を再評価すること。
• r過程に富む金属線度が低い巨星（CS 22892-052、BD+17 o 3248、HD 115444）におけるGdの全量を再評価し、太陽系r過程パターンとの整合性を評価すること。
• 改善された星間全量測定に基づき、Gd、Sm、Ho、Ndのr過程寄与および太陽系全量を予測・更新すること。

提案手法

• ゆっくりと弱く発散する原子ビームを用い、時間分解能を有するレーザー誘発蛍光法（LIF）により、63個のGd II準位（49個の偶位相、14個の奇位相）の放射的寿命を測定した。
• 高分解能フォーリエ変換分光計（FTS）を用いて、611本のGd II遷移線の分岐分率を決定した。
• LIFによる寿命とFTSによる分岐分率を組み合わせ、±5%の不確かさを伴う絶対的遷移確率（A値）を計算した。
• 新しいA値を用いて、高分解能太陽スペクトルのフィッティングにより、太陽の光球層におけるGd全量を導出した。
• 改善された原子データを応用し、3つのr過程に富む金属線度が低い巨星におけるGd全量を再評価し、Gd/Eu比が太陽系r過程比と一致するかを比較した。
• 星間データおよび改善された原子データに基づき、Gd、Sm、Ho、Ndのr過程寄与および太陽系全量を予測し、更新した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gd IIの遷移線に対する正確な放射的寿命および遷移確率は何か？ また、それらは過去の測定値とどのように異なるか？
• RQ2 新しい実験的データに基づく、再評価された太陽の光球層におけるGd全量は何か？
• RQ3 r過程に富む金属線度が低い星におけるGd/Eu全量比は、太陽系r過程パターンと一致するか？
• RQ4 改善された星間および実験的データに基づき、Gd、Sm、Ho、Ndのr過程寄与および太陽系全量はどのように更新されるか？
• RQ5 r過程におけるGdの同素体奇数比（f_odd）を予測できるか？ また、Smなどの他の元素と比較するとどうなるか？

主な発見

• 63個のGd II準位の測定放射的寿命は±5%の精度を達成しており、過去の研究に比べ顕著な改善である。
• 本研究では、最新のFTSおよびLIF技術を用いて、611本のGd II遷移線に対する絶対的遷移確率の包括的セットを報告する。
• 再評価された太陽の光球層におけるGd全量は log ε = 1.11 ± 0.03 であり、最近の光球層測定と整合的である。
• r過程に富む星CS 22892-052、BD+17 o 3248、HD 115444におけるGd/Eu全量比は、太陽系r過程比と良好に一致している。
• 分析の結果、Gd、Sm、Hoのr過程寄与および太陽系全量に対する推奨値がわずかに高い可能性が示唆され、光球層測定と整合的である。
• 太陽系r過程において、Gdの奇数同素体分率 f_odd は 0.33 と予測され、Smの0.36と非常に近い値である。