[论文解读] 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|Mar 27, 2000

Atomic and Molecular Physics被引用 8

一句话总结

本文针对 Fe VI 进行了相对论性 Breit-Pauli 原子结构计算，计算了 80 个精细结构能级的 E1、E2 和 M1 跃迁概率。通过结合荧光激发的碰撞-辐射（CR）模型，表明在行星状星云（如 NGC 6741、IC 351 和 NGC 7662）中准确解释 [Fe VI] 线比时，包含连续荧光激发至关重要，从而实现了对电子密度、温度以及中心源辐射温度的改进诊断，并考虑了观测不确定性。

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.

研究动机与目标

• 使用相对论性 Breit-Pauli 原子结构计算，计算 Fe VI 的电偶极（E1）、电四极（E2）和磁偶极（M1）跃迁概率。
• 将紫外连续谱的荧光激发引入碰撞-辐射（CR）模型，以改进光致电离环境中光谱线比的预测。
• 通过观测到的 [Fe VI] 线比，实现对行星状星云中电子密度、温度和辐射场特性的统一诊断。
• 通过将模型预测与观测结果比较，评估并量化线强度中的观测不确定性。
• 提供一种可推广的方法，适用于其他具有强辐射场的天体物理源，如新星和活动星系核（AGN）。

提出的方法

• 使用 SUPERSTRUCTURE 代码对 Fe VI 的 80 个精细结构能级（主要由 3d³、3d²4s 和 3d²4p 组态主导）进行了相对论性 Breit-Pauli 原子结构计算。
• 采用实验测得的能级以提高计算跃迁概率（A 值）的准确性。
• 构建了一个 80 层的碰撞-辐射（CR）模型，同时包含电子碰撞激发（EIE）和通过背景紫外连续谱的荧光激发（FLE）。
• 采用 Iron Project 提供的 R-矩阵碰撞数据计算电子碰撞激发速率系数。
• 计算了线比作为电子密度、电子温度、有效辐射温度和几何稀释因子的函数，以匹配观测到的星云光谱。
• 将该模型应用于 NGC 6741、IC 351 和 NGC 7662 中观测到的 [Fe VI] 线比，以推断物理条件并评估观测误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自紫外连续谱的荧光激发是否会对行星状星云中 [Fe VI] 光学发射线的预测强度产生显著影响？
• RQ2 在 NGC 6741、IC 351 和 NGC 7662 中，观测到的 [Fe VI] 线比在多大程度上需要在 CR 模型中包含荧光激发才能实现一致解释？
• RQ3 当包含荧光激发时，能否利用 [Fe VI] 线比约束中心恒星的有效辐射温度和发光区域距离（通过稀释因子）？
• RQ4 观测值与预测值之间线比的差异如何帮助识别并量化线强度中的观测不确定性？
• RQ5 所开发的方法是否可推广至其他具有强辐射场的天体物理源，如新星和活动星系核（AGN）？

主要发现

• 在 CR 模型中包含荧光激发对于准确解释 NGC 6741、IC 351 和 NGC 7662 等行星状星云中观测到的 [Fe VI] 线比至关重要。
• 对于 NGC 6741，为使模型预测与观测一致，5146 Å 线的观测强度应提高 80%，而 5485 Å 线的观测强度应降低 35%。
• 5677 Å 线的观测强度需提高 110% 才能与模型匹配，表明存在显著的观测不确定性。
• 基于一致的线比分析，NGC 6741 中 [Fe VI] 区域的电子密度被约束在约 3,000 cm⁻³。
• 该方法可同时估算电子温度和中心源的有效辐射温度，后者可通过稀释因子加以约束。
• 该模型为通过比较多个跃迁的预测与观测线比，评估线强度中的观测误差提供了一个框架。