马克斯·普朗克学会 一团被捕获的铁离子与来自同步加速器光源的强x光相互作用
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耶拿亥姆霍兹研究所贝内特 几十年来，两个著名的高电荷铁的X射线发射线一直困扰着天体物理学家，因为他们测量和计算的亮度比总是不一致
这阻碍了等离子体温度和密度的良好测定
新的、仔细的高精度测量，加上顶级的计算，现在排除了迄今为止对这种差异提出的所有解释，从而加深了问题
炽热的天体物理等离子体充满了星系间空间，并在恒星日冕、活动星系核和超新星遗迹中发出明亮的光芒
它们含有带电的原子(离子)，发射出可由卫星仪器观察到的x光
天体物理学家需要他们的光谱线来导出等离子体温度或元素丰度等参数
两条最亮的x光线来自铁原子，它们失去了26个电子中的16个，即Fe16+离子——在天体物理学中也被称为Fe16
宇宙中铁相当丰富；相比之下，它让类似太阳的恒星缓慢燃烧氢燃料数十亿年，几乎阻止了能量作为辐射从炽热的聚变核流向略热的恒星表面
四十多年来，x光天文学家一直被两条关键的Fe16+谱线的严重问题所困扰:它们的测量强度之比与理论预测明显不符
这也适用于实验室测量，但是实验和理论的不确定性对于解决这个问题来说太大了
由马克斯·普朗克原子核物理研究所(MPIK)和美国宇航局戈达德太空飞行中心领导的一个由32名研究人员组成的国际团队刚刚公布了他们为解决这一矛盾所做的新的巨大努力的结果
他们完成了迄今为止报道的最高分辨率的测量和几个顶级量子理论计算
斯蒂芬·库恩博士
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MPIK的一名学生，负责这个装置，描述了这项工作:“为了共振激发高电荷的铁离子，我们用我们的紧凑型移动电子束离子阱(极化子-EBIT)连续产生它们，并用来自DESY的佩特拉三号同步加速器的x光照射它们
我们通过扫描同步加速器能量在它们应该出现的范围内并观察荧光来找到与这些线的共振
为了处理实验数据流程，我们让来自19个机构的同事在DESY工作，并花了一年多的时间费力地分析和核对结果
" 五车二的钱德拉LETG(低能透射光栅)光谱和目前EBIT高分辨率实验室的Fe16+软X射线线和Fe15+的C线的极化子光谱
为了确保一切都是一致的，研究人员结合了三种不同的测量方法来确定两条Fe16+线的强度比，称为3C线和三维线
首先，整体扫描揭示了线条的位置、宽度和强度
第二，实验者设置x光光子的能量以匹配峰值荧光产量，同时周期性地关闭和打开光子束以去除强背景
第三，他们再次扫描线条，但同时使用开关技巧，以减少乐器效果
“通过这种方式，我们可以得到目前最精确的亮度比数值，而且光谱分辨率比以前的工作高十倍，”美国国家航空航天局博士后钦坦·沙阿说
“佩特拉三号光束的特性避免了可能的非线性效应，这取决于同步加速器光子的通量，这可能影响了早期的测量，”耶拿亥姆霍兹研究所的研究员斯文·贝尼特补充道
值得注意的是，由此产生的强度比证实了早期天体物理和实验室测量的不确定性大大降低
理论小组在MPIK的娜塔莉亚·奥勒什基纳周围
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俄罗斯应用了三种独立的超大规模相对论量子理论方法，让数百个处理器的集群热运行数周
这场计算马拉松以高数值精度给出了一致的结果
然而，尽管计算的两条线之间的能量差与测量值很好地一致，但是强度比明显偏离实验结果
“在我们的方法中，没有其他已知的量子力学效应或数值不确定性需要考虑，”特拉华大学教授玛丽安娜·萨夫罗诺娃说
因此，Fe16+的3C线和三维线的实验和理论强度比之间的差异的原因仍然令人困惑，因为所有可能干扰测量的影响都被尽可能地抑制了，并且剩下的不确定性被理解了
因此，根据x光线强度得出的天体物理参数在某种程度上是不确定的
虽然这并不令人满意，“新的精确实验结果可能会立即被用来根据经验修正天体物理模型，”莫里斯·勒特纳格说，他也是美国国家航空航天局的研究员
“即将进行的带有先进x光仪器的太空任务，如欧空局的雅典娜x光观测站，将很快开始向地面发送令人难以置信的高分辨率数据流，我们必须准备好理解它，并从这些数十亿美元的投资中获取最大价值
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