Лиман-Альфа лес
В астрономической спектроскопии лес Лайман-альфа представляет собой серию линий поглощения в спектрах далеких галактик и квазаров , возникающих в результате Лайман-альфа электронного перехода нейтрального атома водорода . Когда свет проходит через несколько газовых облаков с разным красным смещением, образуется несколько линий поглощения.
История [ править ]
Лес Лайман-альфа был впервые обнаружен в 1970 году астрономом Роджером Линдсом при наблюдении квазара 4C 05.34 . [1] Квазар 4C 05.34 был самым дальним объектом, наблюдаемым на тот момент, и Линдс отметил необычно большое количество линий поглощения в его спектре и предположил, что большинство линий поглощения возникли из-за одного и того же перехода Лайман-альфа . [2] Последующие наблюдения Джона Бахколла и Сэмюэля Голдсмита подтвердили наличие необычных линий поглощения, хотя и не дали убедительных данных о происхождении этих линий. [3] Впоследствии в спектрах многих других квазаров с большим красным смещением была обнаружена такая же система узких линий поглощения. Линдс был первым, кто описал их как «лес Лайман-альфа». [4] Ян Оорт утверждал, что особенности поглощения обусловлены не какими-либо физическими взаимодействиями внутри самих квазаров, а поглощением внутри облаков межгалактического газа в сверхскоплениях. [5]
Физический фон [ править ]
Для нейтрального атома водорода спектральные линии образуются при переходе электрона между энергетическими уровнями. Спектральные линии Лаймана возникают в результате перехода электронов между основным состоянием и более высокими энергетическими уровнями (возбужденными состояниями). Переход Лаймана-альфа соответствует переходу электрона между основным состоянием ( n = 1) и первым возбужденным состоянием ( n = 2). Спектральная линия Лайман-альфа имеет лабораторную длину волны (или длину волны покоя) 1216 Å , которая находится в ультрафиолетовой части электромагнитного спектра . [6]
Линии поглощения Лайман-альфа в спектрах квазаров возникают из-за межгалактического газа, через который галактики прошел свет или квазара. Поскольку облака нейтрального водорода в межгалактической среде имеют разную степень красного смещения (из-за разного расстояния от Земли), их линии поглощения наблюдаются в диапазоне длин волн . Каждое отдельное облако оставляет свой отпечаток в виде линии поглощения в другом месте наблюдаемого спектра .
Использование в качестве инструмента в астрофизике [ править ]
Лес Лайман-Альфа является важным зондом межгалактической среды и может использоваться для определения частоты и плотности облаков, содержащих нейтральный водород , а также их температуры. В поисках линий других элементов, таких как гелий , углерод и кремний (совпадающих по красному смещению ), можно также изучить содержание более тяжелых элементов в облаках. Облако с высокой плотностью столба нейтрального водорода будет иметь типичные затухающие крылья вокруг линии и называется затухающей системой Лайман-альфа .
Для квазаров с более высоким красным смещением количество линий в лесу больше, вплоть до красного смещения около 6, когда в межгалактической среде становится так много нейтрального водорода, что лес превращается в впадину Ганна – Петерсона . Это показывает конец реионизации Вселенной .
Наблюдения за лесом Лайман-альфа можно использовать для уточнения космологических моделей. [7] Их также можно использовать для ограничения свойств темной материи , таких как масштаб свободного потока темной материи, который для тепловых реликтовых моделей темной материи тесно связан с массой частиц темной материи.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Патрик Макдональд; Урос Селяк; Скотт Берлз; Шлегель; Вайнберг; Дэвид Ши; Йоп Шайе; Шнайдер; Бринкманн (2006). «Спектр мощности леса Лайман-α по данным Слоанского цифрового обзора неба». Астрофиз. J. Приложение. Сер . 163 (1): 80–109. arXiv : astro-ph/0405013 . Бибкод : 2006ApJS..163...80M . дои : 10.1086/444361 . S2CID 118878555 .
- ^ Линдс, Роджер (1 марта 1971 г.). «Спектр линий поглощения 4C 05.34» . Астрофизический журнал . 164 : L73–L78. Бибкод : 1971ApJ...164L..73L . дои : 10.1086/180695 .
- ^ Бахколл, Джон; Сэмюэл Голдсмит (15 ноября 1971 г.). «О спектре линий поглощения 4c 05.34». Астрофизический журнал . 170 : 17–24. Бибкод : 1971ApJ...170...17B . дои : 10.1086/151185 .
- ^ Бербидж, Джеффри Р.; Аделаида Хьюитт (декабрь 1994 г.). «Каталог квазаров ближних и дальних». Небо и телескоп . 88 (6): 32. Бибкод : 1994S&T....88...32B .
- ^ Блаау, Адриан; Мартин Шмидт (июль 1993 г.). «Ян Хендрик Оорт (1900–1992)». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 105 (689): 681–685. Бибкод : 1993PASP..105..681B . дои : 10.1086/133220 .
- ^ Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (1996). «Взаимодействие света и материи». Введение в современную астрофизику . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Addison-Wesley Publishing Company, Inc., стр. 134–142. ISBN 978-0-201-54730-6 .
- ^ Вайнберг, Д.Х.; и др. (май 2003 г.). «Лес Лиман-альфа как космологический инструмент». В С.Х. Холте; К.С. Рейнольдс (ред.). Возникновение космической структуры: Тринадцатая астрофизическая конференция . Серия конференций AIP. Том. 666. стр. 157–169. arXiv : astro-ph/0301186 . Бибкод : 2003AIPC..666..157W . дои : 10.1063/1.1581786 . ISBN 0-7354-0128-4 . S2CID 118868536 .
Внешние ссылки [ править ]
- Раух, Майкл. «Лайман-Альфа-лес в спектрах QSOS» . Проверено 30 марта 2009 г.
- Лиске, Дж; Уэбб, Дж. К.; Карсвелл, РФ (1998). «Крупномасштабная конструкция в лесу Лиман-альфа: новая методика» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 301 (3): 787–796. arXiv : astro-ph/9808082 . Бибкод : 1998MNRAS.301..787L . дои : 10.1046/j.1365-8711.1998.02048.x . S2CID 119377250 .
- «Лайман-альфа-системы и космология» . Проверено 30 марта 2009 г.