Заборонені лінії

Заборо́нені лі́нії — спектральні лінії, для яких відповідні імовірності спонтанних переходів дуже малі^[1].

Нижні рівні енергетичної структури двічі іонізованого атома Оксигену. Заборонені лінії показано зеленим.

Позначення

Заборонені лінії позначають квадратними дужками навколо відповідного атома, іона чи молекули, наприклад [O III] — заборонені лінії двічі іонізованого кисню (495,9 та 500,7 нм)^[1].

Залежно від того, як змінюється набір квантових чисел, що описує стан атома чи іона до та після переходу, заборонені лінії поділяють на магнітно-дипольні, квадрупольні, магнітно-квадрупольні, октупольні та ін., а також інтеркомбінаційні^[2].

Серед цих ліній прийнято виділяти небулярні (N), авроральні (A) і трансавроральні (TA)^[3].

Теоретичні передумови

Докладніше: Правила відбору

Імовірність спонтанних переходів електронів в атомах чи іонах зазвичай описують ейнштейнівськими коефіцієнтами. Для дозволених переходів ці коефіцієнти сягають 10⁸ на секунду, тоді як для заборонених — на 5—10 порядків менше. Якщо з якогось рівня можуть відбуватися як дозволені, так і заборонені переходи, то практично здійснюватимуться лише дозволені. Заборонені переходи спостерігатимуться лише з метастабільних станів, тобто таких, з яких немає дозволених переходів униз. Тривалість перебування атома в метастабільному стані досить велика: наприклад, час існування двічі іонізованого атома кисню на першому збудженому рівні становить близько 38 секунд^[1], а час існування атома водню на верхньому енергетичному рівні надтонкої структури становить майже 11 мільйонів років^[4].

Фізичні умови

Для того, щоб відбувся спонтанний перехід із метастабільного стану потрібно, щоб атом (іон чи молекула) протягом тривалого часу, порівняного з тривалістю існування збудженого стану, не зазнали впливу випромінювання чи зіткнень з іншими частинками. Тобто, для появи заборонених ліній потрібна мала густина речовини й випромінювання. У лабораторних умовах заборонені лінії зазвичай не спостерігаються, оскільки навіть для високого вакууму довжина вільного пробігу обмежена розмірами вакуумної камери. Потрібні умови виникають у розрідженому космічному просторі, зокрема, у верхніх шарах атмосфер планет і зоряних атмосфер, у галактичних туманностях та в міжзоряному середовищі^[1].

Спостереження

Інтенсивні заборонені лінії спостерігаються в спектрах:

• полярного сяйва: лінії атомарного кисню [O I] та іонізованої молекули азоту;
• сонячної корони: лінії багаторазово іонізованого заліза та нікелю, зокрема, найяскравіша лінія корони — 530,3 нм — лінія тринадцятиразово іонізованого заліза [Fe XIV]^[5];
• планетарних туманностей: небулярні лінії важких іонізованих елементів: сірки ([S II] — 671,6 та 673,1 нм, — і азоту [N II] — 654,8 та 658,4 нм; двічі іонізованого кисню [O III]. Такі лінії вважаються основними для діагностики фізичних умов всередині планетарних туманностей^[3];
• міжзоряного середовища: радіолінія надтонкої структури атома водню — 21 см^[2];
• сейфертівських галактик та квазарів^[1].

• Галерея об'єктів із забороненими лініями в спектрах
• 
  За зелений колір полярного сяйва відповідає заборонена лінія кисню
• 
  Досить рідкісне двокольорове полярне сяйво має дві заборонені лінії - кисню (зелений колір) та азоту (червоний колір)
• 
  Двокольорове полярне сяйво з Міжнародної космічної станції
• 
  Туманність Котяче Око, внутрішня ділянка, зображення в псевдокольорах (червоний — H_α; синій — нейтральний кисень, 630 нм; зелений — іонізований азот, заборонена лінія 658,4 нм)
• 
  Туманність Гомункул, біполярна емісійна та відбивна туманність довкола зорі Ета Кіля, яка є частиною більшої туманності Киля (зона H II). Туманність має заборонені лінії [FeII] та [NII]
• 
  Стовпи творіння- напевпевно одне з найвідоміших зображень зони H II
• 
  Туманність Оріона (складене зображення у видимому та інфрачервоному світлі) - зона H II
• 
  NGC 3081 - сейфертівська галактика типу II, яка має дуже яскраве ядро^[6]