[논문 리뷰] Atomic data from the Iron Project. LXIV. Radiative transition rates and collision strengths for Ca II

M. Meléndez, M. A. Bautista외 1명|Strathprints: The University of Strathclyde institutional repository (University of Strathclyde)|2007. 04. 28.

Atomic and Molecular Physics참고 문헌 53인용 수 32

한 줄 요약

이 논문은 LS-결합에서의 중간결합 프레임 전환을 사용한 토머스-페르미-디랙 위치 에너지와 핵의 극화를 고려한 R-행렬 방법을 사용하여 Ca II의 매우 정확한 복사 전이 속도(A-값)와 전자 충격 여기화 속도를 제시한다. 핵의 극화를 포함함으로써 계산된 수명은 최대 20% 감소하며, 효과적 충돌 강도는 실험 값과 약 11% 이내로 일치하여, 에타 카라이나와 활성 은하핵과 같은 천체물리적 원천의 스펙트럼 모델링을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

This work reports radiative transition rates and electron impact excitation rate coefficients for levels of the n= 3, 4, 5, 6, 7, 8 configurations of Ca II. The radiative data were computed using the Thomas-Fermi-Dirac central potential method in the frozen core approximation and includes the polarization interaction between the valence electron and the core using a model potential. This method allows for configuration interactions (CI) and relativistic effects in the Breit-Pauli formalism. Collision strengths in LS-coupling were calculated in the close coupling approximation with the R-matrix method. Then, fine structure collision strengths were obtained by means of the intermediate-coupling frame transformation (ICFT) method which accounts for spin-orbit coupling effects. We present extensive comparisons with the most recent calculations and measurements for Ca II as well as a comparison between the core polarization results and the "unpolarized" values. We find that core polarization affects the computed lifetimes by up to 20%. Our results are in very close agreement with recent measurements for the lifetimes of metastable levels. The present collision strengths were integrated over a Maxwellian distribution of electron energies and the resulting effective collision strengths are given for a wide range of temperatures. Our effective collision strengths for the resonance transitions are within ~11% from previous values derived from experimental measurements, but disagree with latter computations using the distorted wave approximation.

연구 동기 및 목표

• n=3에서 n=8 상태에 해당하는 Ca II 준위에 대한 종합적인 복사 전이 속도(A-값)와 전자 충격 여기화 속도를 계산하기.
• 토머스-페르미-디랙 프레임워크 내에서 모형 위치 에너지를 사용해 핵의 극화 효과를 포함시켜 수명 예측 정확도를 향상시키기.
• LS-결합에서 R-행렬 방법을 사용해 충돌 강도를 계산하고, 스핀-오르빗 결합을 고려하기 위해 중간결합 프레임 전환(ICFT) 방법을 적용하기.
• 광학적 평균 효과적 충돌 강도를 넓은 온도 범위(3000–38000 K)에서 계산하여 천체물리적 모델링에 활용하기.
• 은하계에서의 스펙트럼 진단을 위해 에너지 준위, A-값, 효과적 충돌 강도의 완전하고 공개 가능한 데이터셋을 제공하기.

제안 방법

• 토머스-페르미-디랙 중심 위치 에너지와 핵의 다이폴극화 상호작용을 포함하기 위한 모형 위치 에너지를 사용한 AUTOSTRUCTURE 원자 구조 코드를 적용하였다.
• 복사 전이 속도 계산에서 구성 상호작용과 상대론적 효과를 포함하기 위해 브라이트-폴리 형식을 사용하였다.
• LS-결합에서의 밀착결합 근사에 기반한 R-행렬 방법을 사용해 전자 충격 여기화의 충돌 강도를 계산하였다.
• 스핀-오르빗 결합을 고려하기 위해 중간결합 프레임 전환(ICFT) 방법을 사용하여 LS-결합 충돌 강도를 미세구조 값으로 변환하였다.
• 식 (10)을 사용해 맥스웰 전자 에너지 분포에 따라 충돌 강도를 통합하여 열적으로 평균화된 효과적 충돌 강도를 계산하였다.
• 특히 4s→4p 공진 전이에 중점을 두고 실험 수명과 이전 이론 계산 결과와의 비교를 통해 결과를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵의 극화 효과가 Ca II 준위의 계산된 복사 수명에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ2 본 연구에서의 A-값과 충돌 강도는 최근 실험 측정치와 이전 이론 계산과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 대상 및 산란 파동함수에 극화를 포함할 경우 유도된 효과적 충돌 강도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 4s→4p 전이에 대한 계산된 효과적 충돌 강도는 실험 값과 이전 이론 추정치와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 핵의 극화와 향상된 다체 방법을 포함함으로써 Ca II의 천체물리적 환경에서 더 정확한 스펙트럼 모델링이 가능할 수 있는가?

주요 결과

• 핵의 극화를 고려함으로써 계산된 수명은 최대 20% 감소하며, 실험 데이터와의 일치도가 크게 향상된다.
• 본 연구의 A-값은 4p²P° 준위의 경우 실험 수명과 약 1% 이내로 일치하며, 3d²D 준위의 경우 약 0.3% 이내로 일치하여 최고 수준의 이론 결과와 정확히 일치한다.
• 4s→4p 전이에 대한 효과적 충돌 강도는 실험 단면적에서 유도된 값과 약 11% 이내로 일치한다(Osterbrock & Wallace, 1977).
• 본 연구 결과는 이전의 왜곡된 파동 계산(Burgess et al., 1995)과 약 50%의 차이를 보이며, 충돌 강도를 과도하게 추정하고 있음을 시사한다.
• 대상에서 핵의 극화를 무시할 경우 효과적 충돌 강도는 약 30% 증가하므로, 정확한 모델링을 위해서는 극화 효과가 필수적임을 나타낸다.
• 에너지 준위, A-값, 효과적 충돌 강도의 전면적인 데이터셋은 CDS를 통해 cdsarc.u-strasbg.fr 및 CDS 웹 인터페이스에서 공개적으로 이용 가능하다.