Le righe Proibite Una riga proibita si origina quando un elettrone, in un atomo eccitato, salta da un livello metastabile ad un livello ad energia minore. In circostanze normali (alte densità di particelle >108 per cm3) un tale elettrone sarebbe immediatamente rimosso dal livello metastabile per collisione (SENZA EMISSIONE DEL FOTONE) e non avrebbe il tempo di emettere un fotone. In una situazione come quella delle nebulose planetarie, il tempo medio tra le collisioni va da 10 a 10.000 sec, e quindi, quando ioni come OII ed OIII, NII si portano ad un livello metastabile, essi permangono indisturbati fino a procedere ad una comune transizione radiativa. Una grande frazione degli ioni fortemente eccitati possono possedere tali livelli molto popolati e praticamente ogni ione scende al livello fondamentale mediante emissioni proibite. D'altra parte i livelli metastabili sono assai comuni, e le transizioni proibite rendono conto di una grande frazione, anche il 90% o più, dell'emissione di nubi di gas a bassissime densità (regioni HII, nebulose planetarie, corona solare, AGN). vedi appunto in formato pdf, in inglese, scaricabile dal sito

Righe proibite [O III] Livelli metastabili 4363 Å 5007 Å 4959 Å Nello spettro di una nebulosa si osservano numerose righe di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio (chiamati genericamente metalli), che sarebbero proibite secondo le regole della meccanica quantistica. Queste righe provengono da transizioni fra livelli di energia, detti metastabili. La nomenclatura per le righe proibite prevede l’utilizzo delle parentesi [ ] entro cui viene indicato lo ione con il suo stato di ionizzazione. Nella figura in questione è riportato il diagramma di Grotrian con le transizioni proibite per l’ossigeno ionizzato due volte ([O III]).

Il Cielo come laboratorio- Spettroscopia delle nebulose- 2008 [O II] [Ne III] [O III] H H He II M 57 [O III] [O I] [S II] [N II] He I H Spettro della nebulosa planetaria ad anello (ring nebula) nella costellazione della Lira (M57) ottenuto al telescopio di Asiago. E’ stato spezzato in due parti per consentire una migliore identificazione delle righe emesse. In verde sono indicate le righe permesse o di ricombinazione di idrogeno e elio, mentre in rosso le righe proibite di ossigeno, azoto, zolfo e neon. L’ossigeno in particolare si presenta in tre stati di ionizzazione: neutro, ionizzato una volta e due volte. Il Cielo come laboratorio- Spettroscopia delle nebulose- 2008

poche diseccitazioni mn dominano le transizioni spontanee Che valore deve avere la densità elettronica Ne per consentire di osservare una transizione proibita fra due livelli m e n ? Ne è troppo bassa poche eccitazioni nm poche diseccitazioni mn dominano le transizioni spontanee Ne è troppo alta dominano le collisioni eccitazioni da n e m verso livelli superiori a m pochi atomi con elettroni al livello m Lo studio delle righe proibite ci permette di determinare le quantità degli elementi presenti nella nebulosa e la temperatura a cui si trovano. Densità critica Nc  Esiste un valore di Nc per ogni riga proibita  Le righe proibite raggiungono la max intensità per Ne=Nc

Temperatura elettronica Te Densità elettronica Ne Le condizioni fisiche in una nebulosa Le condizioni fisiche di una nebulosa sono definite da 4 parametri principali: Temperatura elettronica Te Densità elettronica Ne Grado di Ionizzazione X Abbondanze Chimiche Il metodo più usato per la determinazione della Temperatura nelle nebulose è quello basato sul confronto tra le intensità delle righe cosiddette nebulari e aurorali, in particolare quelle dello OIII (4363 aurorale e 4959-5007 nebulari) e del NII (5755 aurorale e 6549-6584 nebulari).

Misura di Te 1 2 3 5007 4959 4363 Utilizzando le righe di [O III] a 4363, 4959 e 5007 Å si ottiene: Da non sapere, assolutamente

Misura di Ne 1 2 3 6716 6731 Utilizzando le righe di [S II] a 6716 e 6731 Å (transiz. 3D-4S) si ottiene: I6716/I6731 dipende molto da Ne e poco da Te Se Ne è bassa: Se Ne è alta: Da non sapere, assolutamente

Misura di Ne In alternativa si può utilizzare il doppietto 3727-3729 dell’ [OII] (stessa transizione) per cui: Da non sapere, assolutamente (Vedi diagramma precedente). La determinazione delle abbondanze chimiche segue poi, una volta determinate temperatura e densità, sempre a partire dall’intensità delle righe di emissione.