Astrofysisk plasmaundersøgelse drager fordel af ny benchmark for blød røntgentransitionsenergi

Analysen af ​​astrofysiske plasmaer er afgørende i søgen efter at lære om nogle af universets mest kraftfulde og mystiske objekter og begivenheder, såsom stjernekoronaer og vinde, kataklysmiske variabler, røntgen-binære filer, der indeholder neutronstjerner og sorte huller, supernova-rester eller udstrømninger i aktive galaktiske kerner. Succesen med sådan forskning vil føre til fremtidige astrofysiske røntgenobservatorier, der gør det muligt for forskere at få adgang til teknikker, der i øjeblikket ikke er tilgængelige for røntgenastronomi. Et nøglekrav for den nøjagtige fortolkning af røntgenspektre med høj opløsning er nøjagtig viden om overgangsenergier.

Et nyt papir udgivet i EPJ D forfattet af J. Stierhof, fra Dr. Karl Remeis-Observatory og Erlangen Center for Astropartikelfysik i Friedrich-Alexander-Universt Erlangen-Nürnberg, Bamberg, Tyskland, og medforfattere anvender en nyligt introduceret eksperimentel opsætning på BESSY II synkrotronfaciliteten til at give præcise kalibreringsreferencer i det bløde røntgenregime af neon-, kuldioxid- og svovlhexafluoridgasser.

"I mange forskningsfelter, der involverer røntgenstråler eller en hvilken som helst bølgelængde af lys, opnås indsigt ved at sammenligne målinger af emissions- eller absorptionslinjebølgelængder med kendte værdier af overgange i forskellige elementer. En forskydning af den observerede bølgelængde i forhold til den kendte kan forekomme. på grund af hastigheden af ​​emitteren eller absorberen," siger Stierhof. "Vores arbejde demonstrerer et setup til at måle overgangsenergier for gasser samtidig med kendte overgange i højt ladede ioner med kun to resterende elektroner, som er præcist kendt fra teoretiske beregninger."

Monokromatiske røntgenstråler fra en synkrotron-strålelinje passerer gennem en elektronstråle-ionfælde (EBIT), hvor de interagerer med lavdensitetsplasmaet, der produceres og fanges inde i EBIT, og derefter kommer ind i en gasfotoioniseringscelle, der indeholder de atomer eller molekyler, der undersøges. Fluorescensemission fra ionerne i EBIT danner grundlaget for den absolutte kalibrering af monokromatorenergiskalaen i eksperimentet.

I papiret fandt forfatterne resultater for energiovergangen i k-skallen af ​​kuldioxid, der stemmer godt overens med tidligere resultater. Resultaterne i overgangene demonstreret af svovlhexafluorid viste, at tidligere eksperimenter har et skift på omkring 0,5 eV, mere end det dobbelte af deres påståede usikkerhed.

Holdet konkluderer, at den statistiske usikkerhed i princippet tillader kalibreringer i det ønskede område på 1 til 10 meV, med systematiske bidrag, der i øjeblikket begrænser usikkerheden til omkring 40 til 100 meV.

"Vores foreslåede opsætning giver en absolut kalibrering for røntgenstrålen, men vi fandt ud af, at den totale usikkerhed er domineret af relative ændringer af strålen," konkluderede Stierhof. "At give en ekstra opsætning til at måle disse relative ændringer vil bringe os tættere på opløsningsgrænsen på 10 meV." + Udforsk yderligere

Diagnostik for supervarme plasmaer i fusionsreaktorer