[论文解读] A New Multiplet Table for Fe

I. G. Nave, S. Johansson+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 1994

Astronomical Observations and Instrumentation被引用 14

一句话总结

本论文基于在1700 Å至5 μm波段范围内对Fe-Ne和Fe-Ar空心阴极灯进行的高分辨率傅里叶变换光谱与光栅光谱测量，提出了一套全新的、高精度的中性铁（Fe I）能级表。该表报告了28个新能级，识别出9501条谱线（来自9759次跃迁），并为众多谱线提供了实验测得的log(gf)值，显著提升了波长精度（优于0.002 cm⁻¹），并将覆盖范围扩展至以往数据稀疏或过时的近紫外和近红外区域。

ABSTRACT

We have recorded spectra of iron-neon and iron-argon hollow cathode lamps in the region 1700A -- 5um (59000 -- 2000cm-1), with Fourier transform (FT) spectrometers at the National Solar Observatory, Tucson, Arizona, U.S.A. and Imperial College, London, U.K., and with a high resolution grating spectrograph at the National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, U.S.A. The uncertainty of the strongest lines in the FT spectra is <0.002cm-1 (0.2mA at 3000A; 8mA at 2um). Pressure and current-dependent shifts are <0.001cm-1 for transitions between low lying levels, increasing to 0.006 cm-1 for transitions between the most highly excited levels. We report 28 new energy levels of Fe I and revised values of another 818 levels. We have identified 9501 lines as due to 9759 transitions in Fe I, and these are presented in the form of a new multiplet table and finding list. This compares with the 5500 lines due to 467 energy levels in the multiplet tables of Moore (1950, 1959). The biggest increase is in the near ultraviolet and near infra-red, and many of the new lines are present in the solar spectrum. Experimental log(gf) values are included where available. A further 125 unidentified lines due to Fe I are given.

研究动机与目标

• 解决现代天体物理学光谱学中对更新、高精度中性铁（Fe I）原子数据的迫切需求。
• 将Fe I能级与谱线覆盖范围扩展至以往多谱线表中代表性不足的近紫外和近红外区域。
• 提升Fe I跃迁波长精度，识别此前未分配或错误分配的谱线，特别是太阳光谱中的谱线。
• 为大量谱线（尤其是可见光与近红外区域）提供实验测得的log(gf)值，以支持合成光谱建模。
• 以计算机可读格式提供新数据，便于在天文学数据分析中广泛使用。

提出的方法

• 在国家太阳天文台（图森）和伦敦帝国学院对Fe-Ne和Fe-Ar空心阴极灯进行了高分辨率傅里叶变换光谱测量。
• 在国家标准技术研究所（盖瑟斯堡）使用高分辨率光栅光谱仪，将覆盖范围扩展至可见光与近红外区域。
• 记录了1700 Å至5 μm（59,000至2,000 cm⁻¹）范围内的光谱，实现了高信噪比与高波长精度，覆盖了近紫外与近红外区域。
• 利用实验测得的跃迁波长和Ritz组合原理，对能级进行了修订，通过强而此前未分配的谱线识别出新能级。
• 在文献中可获得的情况下，汇编了实验测得的log(gf)值，并根据项能级系统将跃迁分组为多谱线组。
• 通过与太阳光谱对比对数据进行了验证，确认几乎所有强谱线均存在于太阳光谱中。

实验结果

研究问题

• RQ1 Fe I谱线在近紫外与近红外区域的覆盖范围如何？现代高分辨率光谱学能识别出多少条新谱线？
• RQ2 如何在超越以往实验室测量极限的基础上，进一步提高Fe I跃迁波长的精度？
• RQ3 太阳光谱中此前未分配或未识别的谱线中，有多少是源于Fe I？能否将其与新或修订的能级关联起来？
• RQ4 目前Fe I谱线的实验log(gf)值处于何种状态？如何改进以支持合成光谱建模？
• RQ5 现代实验室光谱在多大程度上解决了旧多谱线表中，特别是高度激发能级的不一致问题？

主要发现

• 新多谱线表包含846个能级，其中包括28个新能级，显著扩展了项能级系统，远超摩尔1959年多谱线表中的467个能级。
• 共识别出9,501条谱线，对应9,759次跃迁，远超摩尔多谱线表中约5,500条谱线的数量。
• 最强谱线的波长不确定度优于0.002 cm⁻¹（在3,000 Å处为0.2 mÅ，在2 μm处为8 mÅ），相比以往数据提升了约一个数量级。
• 谱线数量的最大增幅出现在近紫外区（低于3,000 Å）和近红外区（高于1 μm），其谱线数分别从约750条增至约2,000条，以及从0条增至约3,000条。
• 为许多谱线提供了实验测得的log(gf)值，但仅有约20%的波长低于3,000 Å的谱线和极少数高于1 μm的谱线具有实测值，凸显了关键的数据空白。
• 尽管数据极为详尽，仍有125条谱线未被分配，且太阳光谱中未识别谱线的最大比例仍位于1至2 μm之间，尤其集中在近红外区域。