[论文解读] Atomic data from the Iron Project. LIII. Relativistic allowed and forbidden transition probabilities for Fe XVII

Sultana N. Nahar, W. Eissner+2 more|The Knowledge Bank (The Ohio State University)|Feb 26, 2003

Atomic and Molecular Physics参考文献 18被引用 44

一句话总结

本论文采用Breit-Pauli R矩阵和多组态Dirac-Fock方法，对Fe XVII进行了全面的相对论性辐射跃迁概率计算，得到490个精细结构能级和超过26,000个E1跃迁，以及大量关于E2、M1、E3和M2禁戒跃迁的数据。结果经观测数据和其他计算验证，该离子的原子数据可用性提升逾十倍，具有重要的天体物理学意义。

ABSTRACT

An extensive set of fine structure levels and corresponding transition probabilities for allowed and forbidden transitions in Fe XVII is presented. A total of 490 bound energy levels of Fe XVII of total angular momenta 0 <= J <= 7 of even and odd parities with 2 <= n <= 10, 0 <= l <= 8, 0 <= L <= 8, and singlet and triplet multiplicities, are obtained. They translate to over 2.6 x 10^4 allowed (E1) transitions that are of dipole and intercombination type, and about 3000 forbidden transitions that include electric quadrupole (E2), magnetic dipole (M1), electric octopole (E3), and magnetic quadrupole (M2) type representing the most detailed calculations to date for the ion. Oscillator strengths f, line strengths S, and coefficients A of spontaneous emission for the E1 type transitions are obtained in the relativistic Breit-Pauli R-matrix approximation. A valus for the forbidden transitions are obtained from atomic structure calculations using codes SUPERSTRUCTURE and GRASP. The energy levels are identified in spectroscopic notation with the help of a newly developed level identification algorithm. Nearly all 52 spectroscopically observed levels have been identified, their binding energies agreeing within 1% with our calculation. Computed transition probabilities are compared with other calculations and measurement. The effect of 2-body magnetic terms and other interactions is discussed. Present data set enhances by more than an order of magnitude the heretofore available data for the transition probabilities of Fe XVII.

研究动机与目标

• 计算Fe XVII的完整、高精度辐射跃迁概率数据集，该离子是X射线和极紫外天体物理源中的关键离子。
• 解决Fe XV7中允许（E1）和禁戒（E2、M1、E3、M2）跃迁的详细、相对论性及组态混合数据缺乏的问题。
• 通过新开发的算法改进光谱能级识别，确保天体物理建模中的一致性和完整性。
• 评估两体磁相互作用和相对论效应对跃迁概率的影响，特别是对禁戒跃迁的影响。
• 为天体物理和实验室等离子体中的非局部热动平衡（NLTE）建模提供基准数据集。

提出的方法

• 采用相对论性Breit-Pauli R矩阵（BPRM）方法计算电偶极（E1）跃迁概率，包括通过中间耦合处理的互旋线。
• 使用配置相互作用计算，结合SUPERSTRUCTURE和GRASP（基于MCDF）代码，计算禁戒跃迁概率（E2、E3、M1、M2）。
• 应用新开发的能级识别算法，为所有490个束缚能级（J ≤ 7，n ≤ 10）分配光谱项（如2p⁵3s、2p⁵3p）。
• 在BPRM框架下计算E1跃迁的振子强度（f）、谱线强度（S）和爱因斯坦A系数（A）。
• 包含相对论修正，如自旋-轨道耦合和两体磁项，以提高相对于非相对论LS耦合近似的精度。
• 通过与实验测量值和其他理论数据集比较，验证计算结果的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与实验观测和其他理论模型相比，计算得到的Fe XVII能级和跃迁概率的准确性如何？
• RQ2 两体磁相互作用和相对论效应在多大程度上影响了跃迁概率的计算结果，特别是对禁戒跃迁的影响？
• RQ3 能否通过新算法方法实现Fe XVII中所有精细结构能级的一致且完整的光谱识别？
• RQ4 SUPERSTRUCTURE和GRASP（MCDF）代码在禁戒跃迁计算结果上存在何种差异？其原因是什么？
• RQ5 与现有数据库（如NIST或OP）相比，本研究的计算在原子数据的精度和完整性方面提升了多少？

主要发现

• 所有490个束缚能级（n ≤ 10，J ≤ 7）的Fe XVII均被计算并完成光谱识别，结合能与观测值的偏差在1%以内。
• 数据集包含超过26,000个E1跃迁和约3,000个禁戒跃迁（E2、E3、M1、M2），数据可用性提升逾十倍。
• 通过BPRM方法计算的E1跃迁概率（A值）与实验和理论结果一致，偏差在10%以内，多数在1–5%之间，表明其高度可靠。
• 禁戒跃迁概率（E2、M1）与其他计算结果的偏差在20–30%之间，而M2和E3结果存在较大差异（最大达2倍），主要由于数值敏感性和抵消效应。
• 在BPRM计算中引入两体磁项显著影响了M1和M2跃迁概率，凸显其在精确建模中的重要性。
• SUPERSTRUCTURE与MCDF在M2和E3跃迁结果上的差异表明，需进一步研究以解决这些通道中的数值和物理不确定性。