Почему запрещенные линии [OIII], [NII] и [SII], [OII] чувствительны к электронной температуре и электронной плотности соответственно?

Я пытаюсь понять тему «Оценки металличности», будь то регионы HII или планетарная туманность. Для последнего должны быть известны электронная температура (и плотность). Я изучаю формализм Остерброка.

Я знаю, например, что если использовать линии [OIII]4363 и [OIII]5007, можно вычислить температуру электронов. Таким же образом соотношение между [OII] 3729 и [OII] 3726 дает оценку электронной плотности.

На самом деле я также знаю, что в случае [OIII] его метастабильные возбужденные состояния относительно разделены. Для случая [OII] такие метастабильные возбужденные состояния очень близки. Такое разделение в метастабильных возбужденных состояниях имеет решающее значение для вычисления температуры и плотности.

Я хочу сказать, что не понимаю, почему это разделение важно с физической точки зрения. Почему соотношение между этими линиями может оценивать такие свойства?

Вы можете проверить примеры того, о чем я говорю, в разделах «Электронная плотность» и «Электронная температура» по этой ссылке: http://www.astronomie-amateur.fr/feuilles/Spectroscopie/NGC2392.html

Я надеюсь, что меня поняли.

Большое спасибо за Вашу помощь.

Пожалуйста, предоставьте (доступные для ссылок) ссылки на вычисления, которые, как вы знаете, возможны. Таким образом, возможно, мы сможем показать, как термодинамические свойства приводят к последующим выводам.
Проверьте уравнение Сахи: en.wikipedia.org/wiki/Saha_ionization_equation

Ответы (1)

Подобные запрещенные линии возникают в разреженных газах, где столкновительное девозбуждение маловероятно. Запрещенные линии «гасятся» столкновительным снятием возбуждения, когда плотности достигают уровней, зависящих от детальной квантовой физики каждого перехода (т. е. различных для каждой линии/перехода).

Если вы изучите отношение пары линий при плотностях значительно ниже их «порогов гашения», то это отношение будет зависеть только от относительного заполнения их верхних уровней, которое, в свою очередь, зависит от температуры, но нечувствительно к плотности.

С другой стороны, если вы выберете пару линий с очень похожими верхними энергетическими уровнями, отношение будет нечувствительным к температуре. Однако, если один переход находится около или даже выше своего «порога гашения», то отношение становится очень чувствительным к плотности.