- Letter
- Open Access
High-accuracy measurements of core-excited transitions in light Li-like ions
Phys. Rev. A 110, L030802 – Published 4 September, 2024
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.110.L030802
Abstract
The transition energies of the two core-excited soft x-ray lines (dubbed and ) from to the respective upper levels and of Li-like oxygen, fluorine, and neon were measured and calibrated using several nearby transitions of He-like ions. The major remaining source of energy uncertainties in monochromators, the periodic fluctuations produced by imperfect angular encoder calibration, is addressed by a simultaneously running photoelectron spectroscopy measurement. This leads to an improved energy determination of 5 parts per million, showing fair agreement with previous theories as well as with our own, involving a complete treatment of the autoionizing states studied here. Our experimental results translate to an uncertainty of only 1.6 km/s for the oxygen line blend used to determine the outflow velocities of active galactic nuclei, ten times smaller than previously possible.
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
Supplemental Material
References (72)
- S. Kaspi, W. N. Brandt, H. Netzer, I. M. George, G. Chartas, E. Behar, R. M. Sambruna, G. P. Garmire, and J. A. Nousek, Astrophys. J. 554, 216 (2001).
- E. Behar and H. Netzer, Astrophys. J. 570, 165 (2002).
- J. C. Lee, P. M. Ogle, C. R. Canizares, H. L. Marshall, N. S. Schulz, R. Morales, A. C. Fabian, and K. Iwasawa, Astrophys. J. 554, L13 (2001).
- P. Richter, F. B. S. Paerels, and J. S. Kaastra, Space Sci. Rev. 134, 25 (2008).
- E. Behar, A. P. Rasmussen, A. J. Blustin, M. Sako, S. M. Kahn, J. S. Kaastra, G. Branduardi-Raymont, and K. C. Steenbrugge, Astrophys. J. 598, 232 (2003).
- K. C. Steenbrugge, J. S. Kaastra, C. P. de Vries, and R. Edelson, Astron. Astrophys. 402, 477 (2003).
- A. J. Blustin, G. Branduardi-Raymont, E. Behar, J. S. Kaastra, S. M. Kahn, M. J. Page, M. Sako, and K. C. Steenbrugge, Astron. Astrophys. 392, 453 (2002).
- E. Behar and S. M. Kahn, arXiv:astro-ph/0210280.
- T. Holczer, E. Behar, and N. Arav, Astrophys. J. 708, 981 (2010).
- S. Mathur, F. Nicastro, A. Gupta, Y. Krongold, B. M. McLaughlin, N. Brickhouse, and A. Pradhan, Astrophys. J. Lett. 851, L7 (2017).
- M. Schmidt, P. Beiersdorfer, H. Chen, D. B. Thorn, E. Träbert, and E. Behar, Astrophys. J. 604, 562 (2004).
- B. J. Wargelin, S. M. Kahn, and P. Beiersdorfer, Phys. Rev. A 63, 022710 (2001).
- O. Marchuk, G. Bertschinger, H.-J. Kunze, N. R. Badnell, and S. Fritzsche, J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys. 37, 1951 (2004).
- P. Beiersdorfer, J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys. 48, 144017 (2015).
- V. A. Yerokhin, A. Surzhykov, and A. Müller, Phys. Rev. A 96, 042505 (2017).
- V. A. Yerokhin, A. Surzhykov, and A. Müller, Phys. Rev. A 96, 069901(E) (2017).
- V. A. Yerokhin and A. Surzhykov, Phys. Rev. A 86, 042507 (2012).
- V. A. Zaytsev, I. A. Maltsev, I. I. Tupitsyn, V. M. Shabaev, and V. Y. Ivanov, Opt. Spectrosc. 128, 307 (2020).
- V. Yerokhin and A. Surzhykov, J. Phys. Chem. Ref. Data 48, 033104 (2019).
- L. A. Vainshtein and U. I. Safronova, Phys. Scr. 31, 519 (1985).
- J. Machado, G. Bian, N. Paul, M. Trassinelli, P. Amaro, M. Guerra, C. I. Szabo, A. Gumberidze, J. M. Isac, J. P. Santos, J. P. Desclaux, and P. Indelicato, Phys. Rev. A 101, 062505 (2020).
- S. Schlesser, S. Boucard, D. S. Covita, J. M. F. dos Santos, H. Fuhrmann, D. Gotta, A. Gruber, M. Hennebach, A. Hirtl, P. Indelicato, E.-O. Le Bigot, L. M. Simons, L. Stingelin, M. Trassinelli, J. F. C. A. Veloso, A. Wasser, and J. Zmeskal, Phys. Rev. A 88, 022503 (2013).
- V. Azarov, A. Kramida, and Y. Ralchenko, At. Data Nucl. Data Tables 149, 101548 (2023).
- S. Mannervik, S. Asp, L. Broström, D. R. DeWitt, J. Lidberg, R. Schuch, and K. T. Chung, Phys. Rev. A 55, 1810 (1997).
- A. E. Kramida and M.-C. Buchet-Poulizac, Eur. Phys. J. D 39, 173 (2006).
- M. F. Gu, M. Schmidt, P. Beiersdorfer, H. Chen, D. B. Thorn, E. Träbert, E. Behar, and S. M. Kahn, Astrophys. J. 627, 1066 (2005).
- B. M. McLaughlin, J.-M. Bizau, D. Cubaynes, S. Guilbaud, S. Douix, M. M. A. Shorman, M. O. A. E. Ghazaly, I. Sakho, and M. F. Gharaibeh, Mon. Not. R. Astron. Soc. 465, 4690 (2017).
- J. M. Bizau, D. Cubaynes, S. Guilbaud, M. M. Al Shorman, M. F. Gharaibeh, I. Q. Ababneh, C. Blancard, and B. M. McLaughlin, Phys. Rev. A 92, 023401 (2015).
- M. Coreno, M. de Simone, K. Prince, R. Richter, M. Vondráček, L. Avaldi, and R. Camilloni, Chem. Phys. Lett. 306, 269 (1999).
- M. A. Leutenegger, S. Kühn, P. Micke, R. Steinbrügge, J. Stierhof, C. Shah, N. Hell, M. Bissinger, M. Hirsch, R. Ballhausen, M. Lang, C. Gräfe, S. Wipf, R. Cumbee, G. L. Betancourt-Martinez, S. Park, V. A. Yerokhin, A. Surzhykov, W. C. Stolte, J. Niskanen et al., Phys. Rev. Lett. 125, 243001 (2020).
- J. Stierhof, S. Kühn, M. Winter, P. Micke, R. Steinbrügge, C. Shah, N. Hell, M. Bissinger, M. Hirsch, R. Ballhausen et al., Eur. Phys. J. D 76, 1 (2022).
- M. Hoesch, J. Seltmann, F. Trinter, S. Kühn, M. Togawa, R. Steinbrügge, S. Bernitt, and J. R. Crespo López-Urrutia, J. Phys.: Conf. Ser. 2380, 012086 (2022).
- S. Kühn, C. Cheung, N. S. Oreshkina, R. Steinbrügge, M. Togawa, S. Bernitt, L. Berger, J. Buck, M. Hoesch, J. Seltmann, F. Trinter, C. H. Keitel, M. G. Kozlov, S. G. Porsev, M. F. Gu, F. S. Porter, T. Pfeifer, M. A. Leutenegger, Z. Harman, M. S. Safronova et al., Phys. Rev. Lett. 129, 245001 (2022).
- J. Viefhaus, F. Scholz, S. Deinert, L. Glaser, M. Ilchen, J. Seltmann, P. Walter, and F. Siewert, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 710, 151 (2013).
- P. Micke, S. Kühn, L. Buchauer, J. R. Harries, T. M. Bücking, K. Blaum, A. Cieluch, A. Egl, D. Hollain, S. Kraemer, T. Pfeifer, P. O. Schmidt, R. X. Schüssler, C. Schweiger, T. Stöhlker, S. Sturm, R. N. Wolf, S. Bernitt, and J. R. Crespo López-Urrutia, Rev. Sci. Instrum. 89, 063109 (2018).
- S. W. Epp, J. R. Crespo López-Urrutia, G. Brenner, V. Mäckel, P. H. Mokler, R. Treusch, M. Kuhlmann, M. V. Yurkov, J. Feldhaus, J. R. Schneider, M. Wellhöfer, M. Martins, W. Wurth, and J. Ullrich, Phys. Rev. Lett. 98, 183001 (2007).
- M. C. Simon, J. R. Crespo López-Urrutia, C. Beilmann, M. Schwarz, Z. Harman, S. W. Epp, B. L. Schmitt, T. M. Baumann, E. Behar, S. Bernitt, R. Follath, R. Ginzel, C. H. Keitel, R. Klawitter, K. Kubiček, V. Mäckel, P. H. Mokler, G. Reichardt, O. Schwarzkopf, and J. Ullrich, Phys. Rev. Lett. 105, 183001 (2010).
- J. K. Rudolph, S. Bernitt, S. W. Epp, R. Steinbrügge, C. Beilmann, G. V. Brown, S. Eberle, A. Graf, Z. Harman, N. Hell, M. Leutenegger, A. Müller, K. Schlage, H.-C. Wille, H. Yavaş, J. Ullrich, and J. R. Crespo López-Urrutia, Phys. Rev. Lett. 111, 103002 (2013).
- R. Steinbrügge, S. Bernitt, S. W. Epp, J. K. Rudolph, C. Beilmann, H. Bekker, S. Eberle, A. Müller, O. O. Versolato, H.-C. Wille, H. Yavaş, J. Ullrich, and J. R. Crespo López-Urrutia, Phys. Rev. A 91, 032502 (2015).
- S. Kühn, C. Shah, J. R. Crespo López-Urrutia, K. Fujii, R. Steinbrügge, J. Stierhof, M. Togawa, Z. Harman, N. S. Oreshkina, C. Cheung, M. G. Kozlov, S. G. Porsev, M. S. Safronova, J. C. Berengut, M. Rosner, M. Bissinger, R. Ballhausen, N. Hell, S. Park, M. Chung et al., Phys. Rev. Lett. 124, 225001 (2020).
- C. Shah, S. Kühn, S. Bernitt, R. Steinbrügge, M. Togawa, L. Berger, J. Buck, M. Hoesch, J. Seltmann, M. G. Kozlov et al., Phys. Rev. A 109, 063108 (2024).
- C. Shah, M. Togawa, M. Botz, J. Danisch, J. J. Goes, S. Bernitt, M. Maxton, K. Köbnick, J. Buck, J. Seltmann et al., ApJ 969, 52 (2024).
- J. Krempaský, R. Follath, V. N. Strocov, T. Schmitt, and U. Flechsig, Proc. SPIE 8139, 81390K (2011).
- R. Follath and A. Balzer, AIP Conf. Proc. 1234, 657 (2010).
- C. Nordling, E. Sokolowski, and K. Siegbahn, Phys. Rev. 105, 1676 (1957).
- M. Ünzelmann, H. Bentmann, T. Figgemeier, P. Eck, J. Neu, B. Geldiyev, F. Diekmann, S. Rohlf, J. Buck, M. Hoesch, M. Kalläne, K. Rossnagel, R. Thomale, T. Siegrist, G. Sangiovanni, D. D. Sante, and F. Reinert, Nat. Commun. 12, 3650 (2021).
- M. P. Seah, I. S. Gilmore, and G. Beamson, Surf. Interface Anal. 26, 642 (1998).
- S. Aksela, T. Kantia, M. Patanen, A. Mäkinen, S. Urpelainen, and H. Aksela, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 185, 273 (2012).
- See Supplemental Material at http://link.aps.org/supplemental/10.1103/PhysRevA.110.L030802 for technical details of the present experiment and further details on the error estimation.
- V. A. Zaytsev, I. A. Maltsev, I. I. Tupitsyn, and V. M. Shabaev, Phys. Rev. A 100, 052504 (2019).
- Y. K. Ho, Phys. Rep. 99, 1 (1983).
- N. Moiseyev, Phys. Rep. 302, 212 (1998).
- E. Lindroth and L. Argenti, in Advances in Quantum Chemistry, edited by C. A. Nicolaides, E. Brändas, and J. R. Sabin (Academic Press, New York, 2012), Vol. 63, Chap. 5, pp. 247–308.
- L. Vainshtein and U. Safronova, At. Data Nucl. Data Tables 21, 49 (1978).
- A. Gabriel, Mon. Not. R. Astron. Soc. 160, 99 (1972).
- A. K. Pradhan, G. X. Chen, F. Delahaye, S. N. Nahar, and J. Oelgoetz, Mon. Not. R. Astron. Soc. 341, 1268 (2003).
- Y. Yao, N. S. Schulz, M. F. Gu, M. A. Nowak, and C. R. Canizares, Astrophys. J. 696, 1418 (2009).
- J.-Y. Liao, S.-N. Zhang, and Y. Yao, Astrophys. J. 774, 116 (2013).
- E. Gatuzz, J. García, C. Mendoza, T. R. Kallman, M. Witthoeft, A. Lohfink, M. A. Bautista, P. Palmeri, and P. Quinet, Astrophys. J. 768, 60 (2013).
- M. Tashiro, H. Maejima, K. Toda, R. Kelley, L. Reichenthal, J. Lobell, R. Petre, M. Guainazzi, E. Costantini, M. Edison et al., Proc. SPIE 10699, 1069922 (2018).
- F. Pajot, D. Barret, T. Lam-Trong, J.-W. Den Herder, L. Piro, M. Cappi, J. Huovelin, R. Kelley, J. Mas-Hesse, K. Mitsuda et al., J. Low Temp. Phys. 193, 901 (2018).
- R. K. Heilmann, A. R. Bruccoleri, V. Burwitz, C. DeRoo, A. Garner, H. M. Günther, E. M. Gullikson, G. Hartner, E. Hertz, A. Langmeier, T. Müller, S. Rukdee, T. Schmidt, R. K. Smith, and M. L. Schattenburg, Astrophys. J. 934, 171 (2022).
- N. V. Roth and R. C. Elton, Measurement and Identification of Laboratory Produced Vacuum Ultraviolet Spectral Lines (NRL Report 6638), Tech. inform., U.S. Clearinghouse Fed. Sci., 1968, p. 41, AD 667584.
- A. H. Gabriel and C. Jordan, Nature (London) 221, 947 (1969).
- D. L. Matthews, W. J. Braithwaite, H. H. Wolter, and C. F. Moore, Phys. Rev. A 8, 1397 (1973).
- A. Pospieszczyk, Astron. Astrophys. 39, 357 (1975).
- P. Nicolosi and G. Tondello, J. Opt. Soc. Am. 67, 1033 (1977).
- R. Bruch, D. Schneider, W. H. E. Schwarz, M. Meinhart, B. M. Johnson, and K. Taulbjerg, Phys. Rev. A 19, 587 (1979).
- M. Mack and A. Niehaus, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 23, 291 (1987).
- R. Bruch, N. Stolterfoht, S. Datz, P. D. Miller, P. L. Pepmiller, Y. Yamazaki, H. F. Krause, J. K. Swenson, K. T. Chung, and B. F. Davis, Phys. Rev. A 35, 4114 (1987).
- G. Hofmann, A. Müller, K. Tinschert, and E. Salzborn, Z. Phys. D: At., Mol. Clusters 16, 113 (1990).
- D. H. Lee, T. J. M. Zouros, J. M. Sanders, P. Richard, J. M. Anthony, Y. D. Wang, and J. H. McGuire, Phys. Rev. A 46, 1374 (1992).