Железо — один из наиболее распространённых тяжёлых элементов во Вселенной. Его спектральные характеристики выделяются во многих астрономических спектрах, особенно в спектрах звёзд и галактик. Ионы железа, являясь доминирующими излучателями во многих источниках рентгеновского излучения, стали предметом многолетних спектральных исследований, позволивших получить ценные сведения о космической плазме.
Исследователи из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) и их коллеги измерили абсолютные коэффициенты скоростей для диэлектронной рекомбинации (ДР) ионов железа, подобных натрию. Это позволило получить набор эталонных данных для астрофизического моделирования. Их результаты были опубликованы в The Astrophysical Journal Supplement Series.
Линии излучения и поглощения ионов железа могут раскрыть ключевую информацию о небесных объектах, включая их температуру, плотность, химический состав и динамику. Для интерпретации этих спектров необходимо хорошо понимать распределения зарядовых состояний плазмы, которые определяются процессом диэлектронной рекомбинации (ДР). Коэффициенты скорости ДР для многоэлектронных ионов являются одними из наиболее востребованных данных для астрофизических приложений.
В этом исследовании учёные провели прецизионный эксперимент по ДР на охлаждающем накопительном кольце в Центре исследований тяжёлых ионов в Ланьчжоу (HIRFL). Используя метод слияния электронных и ионных пучков, они измерили коэффициенты скорости ДР для ионов Fe$^{15+}$, подобных натрию, с образованием ионов Fe$^{14+}$, подобных магнию.
Эксперименты по спектроскопии ДР, проводимые на накопительных кольцах тяжёлых ионов, обеспечивают высокое энергетическое разрешение с точными возможностями широкодиапазонной модуляции для относительных энергий электронов и ионов. Это позволяет проводить точные измерения критического сечения рекомбинации при низких энергиях столкновений.
Исследователи сравнили экспериментальные результаты с теоретическими расчётами, используя три независимых современных метода теории возмущений. Результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными в диапазоне энергий 0–40 эВ.
Кроме того, они вывели коэффициенты скорости рекомбинации плазмы, зависящие от температуры, на основе измеренных коэффициентов скорости ДР в диапазоне температур 10³–10⁸ К.
Исследование было проведено в сотрудничестве с Университетом науки и технологий Китая, Университетом Фудань, Университетом Стратклайда, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung и Университетом Гиссена.
Предоставлено Китайской академией наук.