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 (891 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.0184.201404f.0423
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/
000338713200006
2-s2.0-84903935296
2014PhyU...57..389K
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
Русский English
TY JOUR
TI Искажения спектра реликтового излучения при рекомбинации первичной плазмы в ранней Вселенной
AU Курт, В. Г.
AU Шахворостова, Н. Н.
PB Успехи физических наук
PY 2014
JO Успехи физических наук
JF Успехи физических наук
JA Усп. физ. наук
VL 184
IS 4
SP 423-443
UR https://ufn.ru/ru/articles/2014/4/g/
ER https://doi.org/10.3367/UFNr.0184.201404f.0423

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, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение