[논문 리뷰] Gd Transition Probabilities and Abundances

E. A. Den Hartog, J. E. Lawler외 2명|arXiv (Cornell University)|2006. 09. 18.

Plasma Diagnostics and Applications참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 레이저 유도 형광법과 푸리에 변환 분광법을 사용하여 Gd II의 611개 선에 대한 최초의 고정밀 실험실 측정을 수행한다. 향상된 원자 데이터는 태양의 광구에서 Gd 농도를 log ε = 1.11 ± 0.03 으로 재측정하고, r-과정이 풍부한 금속 빈도가 낮은 별들에서 Gd/Eu 비율이 태양계의 r-과정 패턴과 일치함을 확인하여, 태양계에서 Gd, Sm, Ho의 r-과정 기여도가 약간 높아질 가능성을 지지한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 복잡한 전자 구조를 지닌 핵심 희토류 원소인 Gd II에 대한 실험 원자 데이터를 향상시키기 위해.
• 현대 실험 기법을 사용하여 Gd II 선의 정확한 복사 수명과 전이 확률를 결정하기 위해.
• 새로운 실험 데이터를 기반으로 태양 광구에서 Gd 농도를 재평가하기 위해.
• 세 개의 r-과정이 풍부한 금속 빈도가 낮은 거대성 별(CS 22892-052, BD+17 o 3248, HD 115444)에서 Gd 농도를 재측정하고, 태양계 r-과정 패턴과의 일치성을 평가하기 위해.
• 향상된 항성 농도 측정 기반으로 Gd, Sm, Ho, Nd에 대한 개선된 r-과정 기여도와 태양계 총 농도를 예측하기 위해.

제안 방법

• 느린, 약한 축향 원자 비임을 사용한 시간 해상도 레이저 유도 형광(LIF)을 통해 63개의 Gd II 준위(49개의 우성, 14개의 기현)의 복사 수명을 측정하였다.
• 고해상도 푸리에 변환 분광계(FTS)를 사용하여 611개의 Gd II 선에 대한 분지율을 결정하였다.
• LIF 수명과 FTS 분지율을 조합하여 ±5%의 불확도로 절대 전이 확률(A-값)을 계산하였다.
• 새로운 A-값을 적용하여 고해상도 태양 스펙트럼 피팅을 통해 태양 광구에서 Gd 농도를 유도하였다.
• 향상된 원자 데이터를 활용하여 세 개의 r-과정이 풍부한 금속 빈도가 낮은 거대성 별에서 Gd 농도를 재측정하고, Gd/Eu 비율을 태양계 r-과정 비율과 비교하였다.
• 항성 데이터와 향상된 원자 데이터를 기반으로 Gd, Sm, Ho, Nd에 대한 개선된 r-과정 기여도와 태양계 총 농도를 예측하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gd II 선에 대한 정확한 복사 수명과 전이 확률는 무엇이며, 이는 이전 측정과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 새로운 실험 데이터 기반으로 재측정된 태양 광구에서 Gd 농도는 무엇인가?
• RQ3 r-과정이 풍부한 금속 빈도가 낮은 별들에서 Gd/Eu 농도 비율은 태양계 r-과정 패턴과 일치하는가?
• RQ4 향상된 항성 및 실험 데이터 기반으로 Gd, Sm, Ho, Nd에 대한 개선된 r-과정 기여도와 태양계 총 농도는 무엇인가?
• RQ5 Gd의 동위소 기여도 비율(f_odd)은 r-과정에서 예측 가능할 수 있으며, Sm과 같은 다른 원소와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?

주요 결과

• 63개의 Gd II 준위에 대한 측정된 복사 수명은 ±5%의 정밀도를 보이며, 이는 이전 연구 대비 상당한 향상이다.
• 이 연구는 현대 FTS 및 LIF 기법을 사용하여 611개의 Gd II 선에 대한 절대 전이 확률의 첫 번째 종합적인 세트를 보고한다.
• 재측정된 태양 광구에서 Gd 농도는 log ε = 1.11 ± 0.03 으로, 최근의 광구 측정과 일치한다.
• r-과정이 풍부한 별들인 CS 22892-052, BD+17 o 3248, HD 115444에서의 Gd/Eu 농도 비율은 태양계 r-과정 비율과 뛰어난 일치를 보인다.
• 분석 결과, Gd, Sm, Ho에 대한 r-과정 기여도와 태양계 총 농도에 대해 略히 높은 추천 값이 제안되며, 이는 광구 측정과 일치한다.
• 태양계 r-과정에서 Gd의 고립위소 기여도 비율 f_odd는 0.33으로 예측되며, 이는 Sm의 0.36와 매우 유사하다.