Hartree-Fock-Rechnungen zur Photoionisation von leichten bis mittelschweren Atomen und Ionen in Neutronenstern-Magnetfeldern

Abstract

Die Photoionisation von Atomen und Ionen in der Neutronensternatmosphäre stellt eine mögliche Ursache der Absorptionsmerkmale im Emissionsspektrum des isolierten Neutronensterns 1E 1207.4-5209 dar. In dieser Arbeit wird ein Programm zur Bestimmung des Wirkungsquerschnitts vorgestellt, welches in wenigen Tagen mehrere hunderttausend Übergänge berechnen kann. Nach der Herleitung des Wirkungsquerschnitts werden Übergänge für verschiedene Kernladungszahlen und bei unterschiedlichen Magnetfeldstärken untersucht. Für die Berechnung der Gesamtwirkungsquerschnitte werden außerdem die Photonendichte und die thermische Besetzung der Zustände berücksichtigt. Bei der Analyse von Helium und heliumähnlichen Sauerstoffionen werden die Übergänge nach ihren Quantenzahlen aufgeteilt und nach ihrem Beitrag zum Gesamtwirkungsquerschnitt untersucht. Auf diese Weise ermitteln wir, welche Übergänge in welchem Energiebereich den Hauptbeitrag liefern und welche vernachlässigt werden können. Darüber hinaus werden die Gesamtwirkungsquerschnitte für linear und zirkular polarisierte Strahlung verglichen. Die Analyse der Wirkungsquerschnitte soll dazu beitragen, die Berechnung der benötigten atomaren Rohdaten von gebunden-frei Übergängen bei Neutronensternmagnetfeldern auch für höhere Elemente zu ermöglichen deren Kenntnis die Voraussetzung dafür ist, die Zusammensetzung der Atmosphäre mithilfe astrophysikalischer Atmosphärenmodellierung zu bestimmen.

The photoionisation of atoms and ions in the neutron star atmosphere is one possible cause for the absorption features in the emission spectrum of the isolated neutron star 1E 1207.4-5209. In this thesis, we present a programme that allows us to compute the cross sections of hundreds of thousands of transitions in a few weeks. First, we derive the photoionisation cross section, then transitions are analysed for different nuclear core charges and magnetic field strengths. Furthermore, photon density and thermal occupation of the states are taken into account for the calculation of the total cross section. For helium and He-like oxygen the transitions are analysed in terms of quantum numbers, and the contribution of the respective parts to the total cross section is examined. In this way, we will figure out, which transitions are negligible and which ones are most relevant in different energy ranges. Moreover, total cross sections for linear and circular polarisation of the radiation are compared. The analysis of the total cross section can serve as a useful guide for the calculation of bound-free transitions in neutron star magnetic fields also for higher elements, which is a prerequisite to determine the composition of the atmosphere by appropriate astrophysical atmosphere modelling.