Выпуски

 / 

2014

 / 

Апрель

  

К 100-летию со дня рождения Я.Б. Зельдовича


Искажения спектра реликтового излучения при рекомбинации первичной плазмы в ранней Вселенной

,
Астрокосмический центр, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, ул. Профсоюзная 84/32, Москва, 117997, Российская Федерация

В настоящее время практически все физические процессы, происходившие в эпоху рекомбинации водорода и гелия в интервале красных смещений $900 < z < 7000$, хорошо изучены. Теоретические работы последнего десятилетия по этой теме восстанавливают полную картину рекомбинации и различных эффектов, обусловленных ею. Наиболее важный с точки зрения будущих наблюдений эффект — это уникальные искажения чернотельного спектра реликтового излучения (РИ), связанные с излучением фотонов в процессе рекомбинации. Совокупность этих фотонов образует космологический рекомбинационный спектр, накладывающийся на планковский трёхградусный спектр РИ. Динамика рекомбинации водорода определяется двумя процессами: двухфотонным переходом $2{\rm s}\to1{\rm s}$ и выходом L$\alpha$-фотонов из профиля линии в результате многократного рассеяния в расширяющейся среде. Около 57% всего водорода во Вселенной при $z\lesssim1400$ рекомбинировало через двухфотонный канал, так что именно этот процесс является определяющим для динамики рекомбинации водорода. Отношение концентраций фотонов РИ и барионов огромно, поэтому дополнительные «рекомбинационные» фотоны составляют всего около $10^{-9}-10^{-8}$ от общего количества, и вызываемые ими искажения спектра РИ малы. Наиболее перспективными для будущих наблюдений представляются относительные искажения в рэлей-джинсовской области спектра РИ, на дециметровых волнах. Так, на частоте 300 МГц ожидаются относительные искажения интенсивности порядка $10^{-7}-10^{-6}$. Бальмеровская и пашеновская серии водорода попадают в диапазон максимума РИ. В виновской части спектра наблюдениям будет сильно мешать космический инфракрасный и субмиллиметровый фон, практически делая невозможными прямые наблюдения. Измерение искажений вблизи максимума также пока невозможно при современном уровне развития аппаратуры (относительные искажения там менее $10^{-8}$). Однако ряд исследователей считает, что точность 10 нК вполне достижима в ближайшем будущем. Поскольку спектр РИ одинаков во всех направлениях, для наблюдений можно выбрать любой участок неба, причём желательно, чтобы влияние различных космических фонов и помех там было минимальным (например, вблизи галактического полюса). Существенно также, что искомый сигнал должен быть неполяризованным — это можно использовать для отделения его от сигналов других источников.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
PACS: 52.40.Db, 98.70.Vc, 98.80.Es (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0184.201404f.0423
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2014/4/g/
Цитата: Курт В Г, Шахворостова Н Н "Искажения спектра реликтового излучения при рекомбинации первичной плазмы в ранней Вселенной" УФН 184 423–443 (2014)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 3 марта 2014, 11 марта 2014

English citation: Kurt V G, Shakhvorostova N N “CMB spectral distortions during the recombination of the primeval plasma in the early UniversePhys. Usp. 57 389–406 (2014); DOI: 10.3367/UFNe.0184.201404f.0423

© Успехи физических наук, 1918–2019
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение