[论文解读] Gd Transition Probabilities and Abundances

E. A. Den Hartog, J. E. Lawler+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2006

Plasma Diagnostics and Applications参考文献 3被引用 4

一句话总结

本研究首次通过激光诱导荧光和傅里叶变换光谱法，对Gd II的611条谱线实现了高精度实验室测量，获得了辐射寿命和跃迁概率。改进的原子数据得出太阳光球层Gd的丰度为log ε = 1.11 ± 0.03，并证实富r-过程金属贫乏恒星中Gd/Eu比值与太阳r-过程模式一致，支持太阳系中Gd、Sm和Ho的r-过程贡献略高。

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.

研究动机与目标

• 改进Gd II的实验室原子数据，Gd II是具有复杂电子结构的关键稀土元素。
• 利用现代实验技术，测定Gd II谱线的精确辐射寿命和跃迁概率。
• 基于新实验室数据，重新评估太阳光球层Gd的丰度。
• 基于新数据重新确定三颗富r-过程金属贫乏巨星（CS 22892-052、BD+17 o 3248、HD 115444）中Gd的丰度，并评估其与太阳r-过程模式的一致性。
• 基于改进的恒星丰度测定，预测Gd、Sm、Ho和Nd的更新r-过程贡献和太阳系总丰度。

提出的方法

• 利用时间分辨激光诱导荧光（LIF）技术，在慢速、弱聚焦原子束上测量63个Gd II能级（49个偶宇称，14个奇宇称）的辐射寿命。
• 利用高分辨率傅里叶变换光谱仪（FTS）测定611条Gd II谱线的分支分数。
• 结合LIF寿命和FTS分支分数，计算绝对跃迁概率（A值），寿命的不确定度为±5%。
• 将新A值应用于高分辨率太阳光谱拟合，推导太阳光球层Gd的丰度。
• 利用改进的原子数据重新测定三颗富r-过程金属贫乏巨星中Gd的丰度，并将Gd/Eu比值与太阳r-过程比值进行比较。
• 基于恒星数据和改进的原子数据，预测Gd、Sm、Ho和Nd的更新r-过程贡献和太阳系总丰度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Gd II谱线的精确辐射寿命和跃迁概率是多少？与以往测量结果相比如何？
• RQ2 基于新实验室数据，太阳光球层Gd的修正丰度是多少？
• RQ3 富r-过程金属贫乏恒星中Gd/Eu丰度比是否与太阳系r-过程模式一致？
• RQ4 基于改进的恒星和实验室数据，Gd、Sm、Ho和Nd的更新r-过程贡献和太阳系总丰度是多少？
• RQ5 能否预测r-过程的Gd同素体奇-总比（f_odd），并与Sm等其他元素比较？

主要发现

• 对63个Gd II能级测得的辐射寿命精度达到±5%，相比以往研究有显著提升。
• 本研究首次利用现代FTS和LIF技术，系统报告了611条Gd II谱线的绝对跃迁概率。
• 修正后的太阳光球层Gd丰度为log ε = 1.11 ± 0.03，与近期光球层测定结果一致。
• 富r-过程恒星CS 22892-052、BD+17 o 3248和HD 115444中Gd/Eu丰度比与太阳系r-过程比值高度一致。
• 分析表明，Gd、Sm和Ho的r-过程贡献及太阳系总丰度的推荐值略高，与光球层测定结果一致。
• 对于太阳系r-过程，Gd的奇同素体分数f_odd预测为0.33，与Sm的0.36值非常接近。