PT - JOURNAL ARTICLE
AU - Беляев, Андрей Константинович
TI - Развитие теории столкновений и ее применения для расчетов атомных и молекулярных данных о неупругих процессах столкновений
DP - 2023-11-22
SO - https://rep.herzen.spb.ru/publication/10619
AB - 1. Теория столкновений получила дальнейшее развитие посредством предложенного метода гибридной диабатизации в избранных областях неадиабатичности. Указанный метод позволяет перейти от адиабатического представления к диабатическому даже в случае ненулевых асимптотических матричных элементов неадиабатичности с последующим применением строгого квантового метода перепроецирования для исследования неадиабатической ядерной динамики. Предложенный подход применен к вариационным потенциалам молекулы CaH. Рассчитаны парциальные сечения и константы скоростей 110 неупругих процессов возбуждения, де-возбуждения, взаимной нейтрализации и образования ионных пар, происходящих при столкновениях Ca + H и Ca+ + H-. Наибольшие значения констант скоростей с величинами, превышающими 10{-8} см3/ c, соответствуют парциальным процессам взаимной нейтрализации при энергиях связи электрона в атоме кальция, имеющих величины в районе -2 эВ. Парциальные процессы возбуждения и де-возбуждения имеют константы скоростей как минимум на порядок меньше.

2. Проведены вариационные расчеты адиабатических потенциальных энергий для 13 каналов рассеяния квазимолекулы OH: 11 ковалентных состояний и 2 ионных O- + H+ и O+ + H-. Расчеты проведены для шести молекулярных симметрий 4Σ-, 2Σ+, 2Π, 2Σ-, 4Π, 6Σ-. Неадиабатическая ядерная динамика исследована многоканальным подходом, используя модель Ландау-Зинера. Исследовано 242 неупругих процесса, происходящих при столкновениях O + H, O- + H+, O+ + H-. Сечения неупругих процессов рассчитаны для диапазона энергий столкновения 0.0001 – 100 эВ, константы скоростей - для диапазона температур 1000 – 10000 К. Наибольшие величины констант скорости (превышающие величину 10{-8} см3/с) соответствуют процессам взаимной нейтрализации O+(3p3 4So) + H-(1s2 1S) → O(2p3 3p 3P) + H(1s 2S), O(2p3 4s 5So) + H(1s 2S) и O-(2p5 2P) + H+ → O(2p4 3P) + H(2p 2P).

3. Рассчитаны парциальные сечения и константы скоростей неупругих процессов, происходящих при столкновениях Ca+ + H и Ca{2+} + H-, с учетом тонкой структуры иона кальция. Исследовано 462 неупругих процесса. Сечения неупругих процессов рассчитаны для диапазона энергий столкновения 0.0001 – 100 эВ, константы скоростей - для диапазона температур 1000 – 10000 К. Расчёты показали, что наибольшие величины констант скорости (>10{-8} см3/с) соответствуют процессам нейтрализации в конечные состояния Ca+(4f 2Fo_{7/2}), Ca+(6s 2S_{1/2}), Ca+(5d 2D_{3/2,5/2}), Ca+(6p 2Po_{1/2,3/2}), Ca+(7s 2S_{1/2}) + H(1s 2S_{1/2}). При температуре T = 6000 K величины констант скорости, соответствующих этим процессам, лежат в диапазоне (1.11 – 9.21) × 10{-8} см3/с. Среди процессов возбуждения и девозбуждения наибольшая величина константы скорости при T = 6000 K соответствует процессу Ca+(6s 2S_{1/2}) + H(1s 2S_{1/2}) → Ca+(4f 2Fo_{7/2}) + H(1s 2S_{1/2}) и равна 5.61 × 10{-9} см3/с.

4. Впервые выполнено численное моделирование линий Ba II при отказе от предположения ЛТР с использованием скоростей неупругих процессов при столкновениях ионов бария с атомами водорода, полученных в квантово-механических расчетах (Belyaev, Yakovleva, 2018, MNRAS, 478, 3952). Теоретические результаты применены при анализе спектров высокого разрешения четырех гигантов гало Галактики с хорошо известными параметрами атмосфер, и для них впервые определена доля изотопов бария с нечетным массовым числом (fodd). У трех звезд - HD 2796, HD 108317 и HD 122563 - fodd превышает 0.4. Это указывает на то, что более 80% бария, наблюдаемого у этих звезд, было синтезировано в r-процессе ядерных реакций нейтронных захватов. У HD 128279 значение fodd = 0.27 превышает долю нечетных изотопов бария в Солнечной системе, но незначительно. Доминирование r-процесса в эпоху формирования звезд нашей выборки подтверждается наличием у них избытка европия относительно бария - с [Eu/Ba] > 0.3. Полученные результаты важны для уточнения современных представлений о производстве тяжелых элементов в ранней Галактике.

5. Впервые выполнены не-ЛТР расчеты для Fe I-Fe II с использованием квантово-механических коэффициентов скоростей столкновений с атомами водорода не только для Fe I, но и для Fe II. Данные взяты из работ Yakovleva et al. (2018, Chem. Phys., 515, 369, Fe I), Barklem (2018, A&A, 612, A90, Fe I) и Yakovleva et al. (2019, MNRAS, 483, 5105, Fe II). Не-ЛТР расчеты проведены для звезды гало HD 122563, у которой поверхностное ускорение силы тяжести уточнено по данным космической обсерватории Gaia, а также для 36 звезд с [Fe/H] > -3.7 в карликовых галактиках с известными расстояниями. Показано, что столкновения с атомами водорода эффективно поддерживают равновесные населенности уровней Fe II, так что для линий Fe II не-ЛТР поправки к содержанию не превышают 0.02 dex по абсолютной величине для звезд с [Fe/H] > -3 и достигают +0.06 dex при [Fe/H] ~ -4. Для каждой звезды разные методы расчета столкновений Fe + H, Fe+ + Н- ведут к одинаковому, в среднем, содержанию железа по линиям Fe I, но есть различия в не-ЛТР поправках для индивидуальных линий Fe I. Для каждой из звезд получено согласие содержания по линиям двух стадий ионизации - Fe I и Fe II. Результаты имеет важное значение для будущих работ по определению параметров атмосфер звезд с дефицитом металлов спектроскопическим методом - по линиям Fe I и Fe II. Также проведено не-ЛТР моделирование для атомов магния и кальция на основе новых данных о процессах атомных столкновений.

По результатам проведенных в рамках проекта исследований в 2019 году опубликовано 7 статей: 
1. Belyaev A.K., Vlasov D.V., Mitrushchenkov A., Feautrier N., MNRAS, 490, 3384-3391 (2019), Q1.
2. Mitrushchenkov A., Guitou M., Belyaev A.K., Voronov Ya.V., Feautrier N., Journal of Chemical Physics, 150(6), 064312 (2019), Q1.
3. Belyaev A.K., Voronov Ya.V., Yakovleva S.A., Physical Review A (accepted), Q1.
4. Машонкина Л.И., Беляев А.К., ПАЖ, 45, 390-401 (2019).
5. Mashonkina L.I., Sitnova T.M., Yakovleva S.A., Belyaev A.K., A&A, 631, A43 (2019), Q1.
6. Sitnova T.M., Mashonkina L.I., Ezzeddine R., Frebel A., MNRAS, 485(3), pp. 3527-3543 (2019), Q1.
7. Пахомов Ю.В., Машонкина Л.И., Ситнова Т.М., Яблонка П., ПАЖ, 45, №5, c. 303-319 (2019).