[논문 리뷰] Atomic data from the Iron Project.XLIV. Transition probabilities and line ratios for Fe VI with fluorescent excitation in planetary nebulae

Guo Xin Chen, Anil K. Pradhan|ArXiv.org|2000. 03. 27.

Atomic and Molecular Physics인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 Fe VI에 대한 상대론적 Breit-Pauli 원자 구조 계산을 제시하며, 80개의 미세구조 수준에 대해 전기 dipole(E1), 전기 quadrupole(E2), 및 자기 dipole(M1) 이완 확률을 계산한다. 충돌-복사 모델에 광학적 여기를 포함한 연속체 광학 여기를 적용하여, NGC 6741, IC 351, 그리고 NGC 7662와 같은 행 星운성운에서 [Fe VI] 선 비율을 정확히 해석하기 위해 연속체 광학 여기를 포함하는 것이 필수적임을 보여주며, 관측 오차에 대한 제약 조건을 고려하여 전자 밀도, 온도, 중심원천 복사 온도를 향상된 진단 도구로 활용한다.

ABSTRACT

Relativistic atomic structure calculations for electric dipole E1, electric quadrupole E2 and magnetic dipole M1 transition probabilities among the first 80 fine-structure levels of Fe VI, dominated by configurations 3d^3, 3d^24s, and 3d^24p, are carried out using the Breit-Pauli version of the code Superstructure. Experimental energies are used to improve the accuracy of these transition probabilities. Employing the 80-level collision-radiative (CR) model with these dipole and forbidden transition probabilities, and Iron Project R-matrix collisional data, we present a number of [Fe VI] line ratios applicable to spectral diagnostics of photoionized H II regions. It is shown that continuum fluorescent excitation needs to be considered in CR models in order to interpret the observed line ratios of optical [Fe VI] lines in planetary nebulae NGC 6741, IC 351, and NGC 7662. The analysis leads to parametrization of line ratios as function of, and as constraints on, the electron density and temperature, as well as the effective radiation temperature of the central source and a geometrical dilution factor. The spectral diagnostics may also help ascertain observational uncertainties. The method may be generally applicable to other objects with intensive background radiation fields, such as novae and active galactic nuclei. The extensive new Iron Project radiative and collisional calculations enable a consistent analysis of many line ratios for the complex iron ions.

연구 동기 및 목표

• 상대론적 Breit-Pauli 원자 구조 계산을 사용하여 Fe VI의 전기 dipole(E1), 전기 quadrupole(E2), 및 자기 dipole(M1) 이완 확률을 정확히 계산한다.
• UV 연속체에서 유래한 광학 여기를 충돌-복사(CR) 모델에 통합하여 광이온화 환경에서의 스펙트럼 선 비율 예측을 향상시킨다.
• 관측된 [Fe VI] 선 비율을 이용하여 행 星운성운에서 전자 밀도, 온도, 복사장 특성의 일관된 진단을 가능하게 한다.
• 모델 예측과 관측 결과를 비교하여 선 강도에 대한 관측 오차를 평가하고 정량화한다.
• 노바와 활성 은하핵 등 강한 복사장이 존재하는 다른 천체 물리적 천체에 적용 가능한 일반화 가능한 방법을 제공한다.

제안 방법

• Fe VI의 80개의 미세구조 수준(주로 3d³, 3d²4s, 및 3d²4p 구성)에 대해 SUPERSTRUCTURE 코드를 사용하여 상대론적 Breit-Pauli 원자 구조 계산을 수행하였다.
• 계산된 이완 확률(A-값)의 정확도를 향상시키기 위해 실험적 에너지 수준를 사용하였다.
• 전자 충돌 여기(EIE)와 배경 UV 연속체를 통한 광학 여기(FLE)를 포함한 80레벨 충돌-복사(CR) 모델을 수립하였다.
• 전자 충돌 여기율 계수 계산에 Iron Project의 R-행렬 충돌 데이터를 사용하였다.
• 관측된 성운 스펙트럼과 일치시키기 위해 전자 밀도, 전자 온도, 유효 복사 온도, 기하학적 희석 계수의 함수로 선 비율을 계산하였다.
• 모델을 NGC 6741, IC 351, NGC 7662에서 관측된 [Fe VI] 선 비율에 적용하여 물리적 조건을 추론하고 관측 오차를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UV 연속체에서 기인한 광학 여기가 행 성운성운 내 [Fe VI] 광학 방출선의 예측 강도에 상당한 영향을 미칠 수 있는가?
• RQ2 NGC 6741, IC 351, NGC 7662에서 관측된 [Fe VI] 선 비율을 일관되게 해석하기 위해 충돌-복사 모델에 광학 여기를 포함하는 것이 어느 정도 필수적인가?
• RQ3 광학 여기를 포함할 경우, 중심 항성의 유효 복사 온도와 방출 영역 거리(희석 계수를 통해)는 [Fe VI] 선 비율을 통해 제약 조건을 받을 수 있는가?
• RQ4 관측된 선 비율과 예측된 선 비율 간의 괴리에서 관측 선 강도의 오차를 식별하고 정량화하는 데 어떻게 기여하는가?
• RQ5 개발된 방법은 노바와 활성 은하핵과 같이 강한 복사장이 존재하는 다른 천체 물리적 천체에 일반화할 수 있는가?

주요 결과

• NGC 6741, IC 351, NGC 7662와 같은 행 성운성운에서 관측된 [Fe VI] 선 비율을 정확히 해석하기 위해 CR 모델에 광학 여기를 포함하는 것이 필수적이다.
• NGC 6741의 경우, 모델 예측과 일치시키기 위해 5146 Å 선 강도는 80% 증가시켜야 하며, 5485 Å 선은 35% 감소시켜야 한다.
• 5677 Å 선은 모델과 일치시키기 위해 관측 강도를 110% 증가시켜야 하며, 이는 상당한 관측 오차를 시사한다.
• 일관된 선 비율 분석을 통해 NGC 6741의 [Fe VI] 영역 내 전자 밀도는 약 3,000 cm⁻³로 제약 조건이 설정된다.
• 이 방법을 통해 전자 온도와 중심원천의 유효 복사 온도를 추정할 수 있으며, 후자는 희석 계수를 통해 제약 조건을 받는다.
• 다중 전이에 걸쳐 예측된 선 비율과 관측된 선 비율을 비교함으로써 관측 선 강도의 오차를 평가할 수 있는 프레임워크를 모델이 제공한다.