基于高精度原子参数的Ca、Fe和Cu元素丰度分析

Accurate determination of chemical elemental abundance in stars is extremely important for the research of chemical evolutions of the Galaxy. Along with the development of the astronomical observation technology, the study of elemental abundance is becoming more and more important with considering the effects of nonlocal thermal equilibrium (NLTE) and based on the high precision atomic and molecular data in recently years. This project will make use of international advanced theory of atomic structure and calculation program, including multiple configuration Dirac- Fock (MCDF) method, R matrix theory etc., to calculate the energy levels, oscillator strengths of radiative transition, and electron impact excitation cross sections, rate coefficients, etc for Ca, Fe and Cu atoms, and to set up and improve the atomic model of Ca, Fe and Cu elements using the obtained high-precision atomic parameters; At the same time, we will obtain the high resolution and high signal-to-noise ratio spectra for some well selected sample of stars by using 2.16 m telescope at the the National Astronomical Observatories of China; In addition, on the basis of the sun, we will study the NLTE effect of Ca, Fe and Cu elements in poor metal halo stars, thick disk and thin disk stars, and determine the abundance of these three elements on the surface of the large sample stars, and finally we will deduce the main source of Ca, Fe, and Cu elements and study the structure and chemical evolutions of the Galaxy.

恒星化学元素丰度的精确测定，在星系化学演化等天体物理领域的研究中具有极其重要的意义。近年来，随着天文观测技术的发展，基于高精度的原子分子参数、非局部热动平衡（NLTE）效应的研究变得越来越重要。本项目将利用国际上先进的原子结构理论方法和计算程序，包括多组态Dirac-Fock（MCDF）理论方法、R矩阵方法等，对Ca、Fe和Cu原子的能级、辐射跃迁的振子强度、与电子碰撞的激发截面、速率系数等进行细致计算，获得高精度的原子参数来建立和完善Ca、Fe和Cu元素的原子模型；同时，利用国家天文台2.16米天文望远镜对一些选定的恒星进行观测，来获得高分辨率、高信噪比的观测光谱；在此基础上，以太阳为标准，开展Ca、Fe和Cu元素在贫金属晕星、厚盘和薄盘恒星中的NLTE效应研究，确定大样本恒星表面这三个元素的丰度，进一步开展其主要来源和银河系的恒星形式和化学演化历史的研究。

本课题利用国际上先进的多组态Dirac-Fock理论方法、相对论R矩阵理论和自主发展的相对论扭曲波理论方法及相关计算程序，系统计算并获得了大量恒星中高丰度的Ca、Fe、C、Ne、Ti等以及热核聚变研究密切关注的W离子等的能级结构、辐射跃迁光谱，以及电子碰撞激发、双电子复合、光电离等动力学过程的高精度原子参数，研究了相对论效应、电子关联效应、Breit相互作用、多极效应以及等离子体环境效应等对能级结构、碰撞截面、辐射光谱极化特性等的影响；基于高精度的原子数据，通过构建和完善原子模型，研究了贫金属恒星、高和低α贫金属晕星中Cu元素的丰度和NLTE效应、巨星中SiI红外zJ波段谱线受LTE效应的影响; 挑选恒星基本参数范围比较大的13个样本星，分析了光学和Ｈ波段的Si和Mg谱线，并研究了恒星表面重力对Si和Mg元素NLTE效应的影响；确定了近一百颗恒星中Pa和Ag的丰度；通过利用Bayesian统计方法，结合APOGEE恒星大气参数，2MASS巡天近红外的测光信息，在模型空间对每颗星建立分布几率函数等，确定了恒星的距离和消光系数，为天文学家充分利用APOGEE海量恒星光谱数据，深入研究银河系结构和演化提供了重要的数据支持。. 项目开展期间，发表研究论文23篇，其中SCI论文18篇；培养博士研究生2人，硕士研究生6人；获省级科技奖励3项；同时，项目组成员积极参加学术会议，与国内外同行进行了广泛的学术交流和科研合作。