금지선(禁止線)은 에너지 준위 사이의 금지된 전환 과정에서 방출되는 선 스펙트럼이다. 원자나 이온의 전자 천이의 경우, 가장 천이가 일어나기 쉬운 전기쌍극자 천이의 형태로 천이가 일어나기 위해서는 다음과 같은 선택 규칙을 만족해야 한다.
- 반전성(parity)의 변화가 발생해야 한다.[1]
- 스핀 양자수 S는 변화하지 않아야 한다. 다시 말해, 천이 과정에서 전자의 스핀이 뒤집히지 않아야 한다.
- 궤도 양자수 L[2], 총 각운동량 양자수 J[3]는 0 또는 1만큼 변화해야 한다. 단 J=0에서 J=0으로 가는 천이는 광자의 스핀이 1이기 때문에 스핀 보존에 위배되므로 금지된다.[4]
이 조건을 만족하지 않는 경우 자기쌍극자 천이나 전기 사중극자 천이와 같은 다른 과정에 의한 천이가 일어나는데, 이들은 낮은 준위로 천이하는 데 걸리는 시간이 길어 발생 가능성이 낮기 때문에 금지천이로 분류된다. 또란 전기쌍극자 천이의 나머지 선택 규칙은 모두 만족하지만 스핀 양자수가 1만큼 변하는(스핀이 뒤집히는) 천이는 준금지천이(semi forbidden transition)가 된다.
비록 이러한 천이가 금지되어 있지만, 양자역학적 효과에 의해 낮은 확률로 자발적 발생에 대한 적은 가능성이 있다. 일반적으로 지구의 하층 대기처럼 보통의 밀도가 높은 가스에서는 금지천이를 일으킬 수 있는 상태의 원자나 이온이 자발적인 금지천이를 일으켜 복사를 방출하기 전에 다른 입자와의 충돌을 통해 천이하기 때문에 금지천이가 일어나기가 매우 어렵다. 그러나 성운과 같은 밀도가 낮은 가스에서는 충돌에 의한 들뜸이 활발하지 않기 때문에 들뜸에 의한 천이의 발생 빈도가 낮아 원자나 이온이 금지천이를 일으킬 수 있는 준위에 장기간 머무를 수 있으므로 금지천이가 실제로 일어나 금지선이 형성될 수 있다.
금지선은 [O III]과 같이 양쪽 대괄호로 표기하며, 준금지선은 C II]과 같이 오른쪽 대괄호로 표기한다.
[1] 달리 표현하자면, 전자가 천이할 때 천이 전후 오비탈의 방위 양자수(s, p, d, f, g 등)의 차가 홀수가 되도록 천이해야 하며, 차가 0이나 짝수일 경우 금지천이가 된다.[2] 모든 전자의 자기 양자수 m의 합계와 같다.[3] S + L과 같다.[4] 그러나 스핀 방향이 반대인 광자 두 개가 방출되는 과정(two photon process)을 통해 낮은 확률로 이러한 천이가 발생할 수 있다. 이때는 광자 두 개가 준위차에 해당하는 에너지를 무작위의 비율로 나눠 갖고 방출되며, 방출되는 복사는 최소 파장이 에너지 준위차와 동일한 연속복사의 형태를 띈다.