De analyse van astrofysische plasma's is van vitaal belang om meer te weten te komen over enkele van de krachtigste en meest mysterieuze objecten en gebeurtenissen in het heelal, zoals stellaire corona's en winden, catastrofale variabelen, röntgendubbelsterren met neutronensterren en zwarte gaten, overblijfselen van supernova's of uitstromen in actieve galactische kernen. Het succes van dergelijk onderzoek zal leiden tot toekomstige astrofysische röntgenobservatoria die wetenschappers toegang geven tot technieken die momenteel niet beschikbaar zijn voor röntgenastronomie. Een belangrijke vereiste voor de nauwkeurige interpretatie van röntgenspectra met hoge resolutie is nauwkeurige kennis van overgangsenergieën.

Een nieuw artikel gepubliceerd in EPJ D geschreven door J. Stierhof, van het Dr. Karl Remeis-Observatory and Erlangen Center for Astroparticle Physics van Friedrich-Alexander-Universt Erlangen-Nürnberg, Bamberg, Duitsland, en coauteurs maakt gebruik van een nieuw geïntroduceerde experimentele opstelling in de BESSY II-synchrotronfaciliteit om nauwkeurige kalibratiereferenties in het zachte röntgenregime van neon-, kooldioxide- en zwavelhexafluoridegassen.

"In veel onderzoeksgebieden met röntgenstralen of een willekeurige golflengte van licht, worden inzichten verkregen door metingen van emissie- of absorptielijngolflengten te vergelijken met bekende waarden van overgangen in verschillende elementen. Een verschuiving van de waargenomen golflengte ten opzichte van de bekende kan optreden vanwege de snelheid van de emitter of absorber", zegt Stierhof. "Ons werk demonstreert een opstelling voor het meten van overgangsenergieën van gassen gelijktijdig met bekende overgangen in sterk geladen ionen met slechts twee resterende elektronen die precies bekend zijn uit theoretische berekeningen."

Monochromatische röntgenstralen van een synchrotron-bundellijn passeren een elektronenbundel-ionenval (EBIT), waar ze interageren met het plasma met lage dichtheid dat wordt geproduceerd en gevangen in de EBIT en vervolgens een gasfoto-ionisatiecel binnengaan die de atomen of moleculen bevat die worden onderzocht. Fluorescentie-emissie van de ionen in de EBIT vormt de basis voor de absolute kalibratie van de monochromator-energieschaal in het experiment.

In het artikel vonden de auteurs resultaten voor de energietransitie in de k-schil van koolstofdioxide die goed overeenkomen met eerdere bevindingen. De resultaten in de overgangen die door zwavelhexafluoride werden aangetoond, toonden aan dat eerdere experimenten een verschuiving van ongeveer 0,5 eV hadden, meer dan het dubbele van de beweerde onzekerheid.

Het team concludeert dat de statistische onzekerheid in principe kalibraties in het gewenste bereik van 1 tot 10 meV mogelijk maakt, met systematische bijdragen die de onzekerheid momenteel beperken tot ongeveer 40 tot 100 meV.

"Onze voorgestelde opstelling biedt een absolute kalibratie voor de röntgenbundel, maar we ontdekten dat de totale onzekerheid wordt gedomineerd door relatieve veranderingen van de bundel", concludeerde Stierhof. "Door een extra opstelling te bieden om deze relatieve veranderingen te meten, komen we dichter bij de resolutielimiet van 10 meV." + Verder verkennen

Diagnostiek voor superhete plasma's in fusiereactoren