RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

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

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 Universe” Phys. Usp. 57 389–406 (2014); DOI: 10.3367/UFNe.0184.201404f.0423

Список литературы (95) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (9) Похожие статьи (5)

  1. Лукаш В Н, Михеева Е В Физическая космология (М.: Физматлит, 2010)
  2. Лукаш В Н, Михеева Е В, Малиновский А М УФН 181 1017 (2011); Lukash V N, Mikheeva E V, Malinovsky A M Phys. Usp. 54 983 (2011)
  3. Дорошкевич А Г, Лукаш В Н, Михеева Е В УФН 182 3 (2012); Doroshkevich A G, Lukash V N, Mikheeva E V Phys. Usp. 55 3 (2012)
  4. Гурбатов С Н, Саичев А И, Шандарин С Ф УФН 182 233 (2012); Gurbatov S N, Saichev A I, Shandarin S F Phys. Usp. 55 223 (2012)
  5. Березинский В С, Докучаев В И, Ерошенко Ю Н УФН 184 3 (2014); Berezinsky V S, Dokuchaev V I, Eroshenko Yu N Phys. Usp. 57 1 (2014)
  6. Зельдович Я Б, Курт В Г, Сюняев Р А ЖЭТФ 55 278 (1968); Zel'dovich Ya B, Kurt V G, Syunyaev R A Sov. Phys. JETP 28 146 (1969)
  7. Зельдович Я Б, Сюняев Р А Astrophys. Space Sci. 4 285 (1969); Zeldovich Ya B, Sunyaev R A Astrophys. Space Sci. 4 301 (1969)
  8. Sunyaev R A, Zeldovich Ya B Astrophys. Space Sci. 7 20 (1970)
  9. Peebles P J E Astrophys. J. 153 1 (1968)
  10. Зельдович Я Б, Новиков И Д Строение и эволюция Вселенной (М.: Наука, 1975); Зельдович Я Б, Новиков И Д УФН 84 377 (1964); Zel'dovich Ya B, Novikov I D Sov. Phys. Usp. 7 763 (1965); Зельдович Я Б, Новиков И Д УФН 86 447 (1965); Zel'dovich Ya B, Novikov I D Sov. Phys. Usp. 8 522 (1966)
  11. Ade P A R et al. (Planck Collab.) arXiv:1303.5076
  12. Черепащук А М УФН 183 535 (2013); Cherepashchuk A M Phys. Usp. 56 509 (2013)
  13. Глинер Э Б ЖЭТФ 49 542 (1966); Gliner E B Sov. Phys. JETP 22 378 (1966)
  14. Глинер Э Б ДАН СССР 192 771 (1970); Gliner É B Sov. Phys. Dokl. 15 559 (1970)
  15. Глинер Э Б, Дымникова И Г Письма в Астрон. журн. 1 7 (1975); Gliner É B, Dymnikova I G Sov. Astron. Lett. 1 93 (1975)
  16. Глинер Э Б УФН 172 221 (2002); Gliner É B Phys. Usp. 45 213 (2002)
  17. Старобинский А А Письма в ЖЭТФ 30 719 (1979); Starobinskii A A JETP Lett. 30 682 (1979)
  18. Starobinsky A A Phys. Lett. B 91 99 (1980)
  19. Linde A D Phys. Lett. B 108 389 (1982)
  20. Линде А Д Физика элементарных частиц и инфляционная космология (М.: Наука, 1990); Linde A Particle Physics and Inflationary Cosmology (Chur: Harwood Acad. Publ., 1990)
  21. Guth A H Phys. Rev. D 23 347 (1981)
  22. Лукаш В Н, Михеева Е В, Строков В Н УФН 182 216 (2012); Lukash V N, Mikheeva E V, Strokov V N Phys. Usp. 55 204 (2012)
  23. Лукаш В Н, Михеева Е В, Строков В Н УФН 182 894 (2012); Lukash V N, Mikheeva E V, Strokov V N Phys. Usp. 55 831 (2012)
  24. Болотин Ю Л, Ерохин Д А, Лемец О А УФН 182 941 (2012); Bolotin Yu L, Erokhin D A, Lemets O A Phys. Usp. 55 876 (2012)
  25. Чернин А Д УФН 183 741 (2013); Chernin A D Phys. Usp. 56 704 (2013)
  26. Gamow G Phys. Rev. 70 572 (1946)
  27. Чернин А Д УФН 164 889 (1994); Chernin A D Phys. Usp. 37 813 (1994)
  28. Насельский П Д, Новиков Д И, Новиков И Д Реликтовое излучение Вселенной (М.: Наука, 2003)
  29. Penzias A A, Wilson R W Astrophys. J. 142 419 (1965)
  30. Dicke R H et al. Astrophys. J. 142 414 (1965)
  31. Дорошкевич А Г, Новиков И Д ДАН СССР 154 809 (1964); Doroshkevich A G, Novikov I D Sov. Phys. Dokl. 9 111 (1964)
  32. McKellar A Publ. Dominion Observ. Ottawa 7 15 (1941)
  33. Шмаонов Т А Приборы и техника эксперимента (1) 83 (1957)
  34. Hu W Observing Dark Energy, Proc. of a Meeting, 18 - 20 March 2004, Tucson, Arizona, USA (ASP Conf. Series) Vol. 339 (Eds S C Wolff, T R Lauer) (San Francisco: Astronomical Society of the Pacific, 2005) p. 215; Hu W astro-ph/0407158
  35. Sachs R K, Wolfe A M Astrophys. J. 147 73 (1967)
  36. Silk J Astrophys. J. 151 459 (1968)
  37. Sunyaev R A, Zeldovich Ya B Astrophys. Space Sci. 7 3 (1970)
  38. Hu W, Dodelson S Annu. Rev. Astron. Astrophys. 40 171 (2002)
  39. Smoot G F et al. Astrophys. J. Lett. 396 L1 (1992)
  40. Струков И А и др. Письма в Астрон. журн. 13 163 (1987); Strukov I A et al. Sov. Astron. Lett. 13 65 (1987)
  41. Strukov I A et al. Mon. Not. R. Astron. Soc. 258 37P (1992)
  42. Fixsen D J, Mather J C Astrophys. J. 581 817 (2002)
  43. Smoot G F, Scott D "Cosmic background radiation" (2000) http://www.astro.ubc.ca/people/scott/cbr_review.ps; Smoot G F, Scott D Eur. Phys. J. C 15 145 (2000)
  44. Hu W arXiv:0802.3688
  45. Mather J C et al. Astrophys. J. 420 439 (1994)
  46. Danese L, De Zotti G Astron. Astrophys. 107 39 (1982)
  47. Fixsen D J et al. Astrophys. J. 473 576 (1996)
  48. Зельдович Я Б, Сюняев Р А Письма в Астрон. журн. 6 545 (1980); Zeldovich Ya B, Syunyaev R A Sov. Astron. Lett. 6 285 (1980)
  49. Carlstrom J E, Holder G P, Reese E D Annu. Rev. Astron. Astrophys. 40 643 (2002)
  50. Дубрович В К Письма в Астрон. журн. 1 (10) 3 (1975); Dubrovich V K Sov. Astron. Lett. 1 196 (1975)
  51. Dubrovich V K, Stolyarov V A Astron. Astrophys. 302 635 (1995)
  52. Бернштейн И Н, Бернштейн Д Н, Дубрович В К Астрон. журн. 54 727 (1977); Bernshtein I N, Bernshtein D N, Dubrovich V K Sov. Astron. 21 409 (1977)
  53. Boschan P, Biltzinger P Astron. Astrophys. 336 1 (1998)
  54. Дубрович В К, Шахворостова Н Н Письма в Астрон. журн. 30 563 (2004); Dubrovich V K, Shakhvorostova N N Astron. Lett. 30 509 (2004)
  55. Дубрович В К, Грачев С И Письма в Астрон. журн. 30 723 (2004); Dubrovich V K, Grachev S I Astron. Lett. 30 657 (2004)
  56. Rubiño-Martín J A, Hernández-Monteagudo C, Sunyaev R A Astron. Astrophys. 438 461 (2005)
  57. Kholupenko E E, Ivanchik A V, Varshalovich D A Grav. Cosmology 11 161 (2005)
  58. Rubiño-Martín J A, Chluba J, Sunyaev R A Mon. Not. R. Astron. Soc. 371 1939 (2006); Rubiño-Martín J A, Chluba J, Sunyaev R A astro-ph/0607373
  59. Wong W Y, Seager S, Scott D Mon. Not. R. Astron. Soc. 367 1666 (2006)
  60. Chluba J, Sunyaev R A Astron. Astrophys. 458 L29 (2006); Chluba J, Sunyaev R A astro-ph/0608120
  61. Chluba J, Rubiño-Martín J A, Sunyaev R A Mon. Not. R. Astron. Soc. 374 1310 (2007); Chluba J, Rubiño-Martín J A, Sunyaev R A astro-ph/0608242
  62. Chluba J, Sunyaev R A Astron. Astrophys. 475 109 (2007)
  63. Rubiño-Martín J A, Chluba J, Sunyaev R A Astron. Astrophys. 485 377 (2008)
  64. Бургин М С Астрон. журн. 80 771 (2003); Burgin M S Astron. Rep. 47 709 (2003)
  65. Seager S, Sasselov D D, Scott D Astrophys. J. Suppl. 128 407 (2000)
  66. Seager S, Sasselov D D, Scott D Astrophys. J. 523 L1 (1999)
  67. Соболев В В Движущиеся оболочки звезд (Л.: Изд-во Ленингр. гос. ордена Ленина ун-та, 1947); Sobolev V V Moving Envelopes of Stars (Cambridge: Harvard Univ. Press, 1960)
  68. Грачев С И, Дубрович В К Астрофизика 34 249 (1991); Grachev S I, Dubrovich V K Astrophysics 34 124 (1991)
  69. Дубрович В К Оптика и спектроскопия 63 439 (1987); Dubrovich V K Opt. Spectrosc. 63 256 (1987)
  70. Дубрович В К, Грачев С И Письма в Астрон. журн. 31 403 (2005); Dubrovich V K, Grachev S I Astron. Lett. 31 359 (2005)
  71. Chluba J, Sunyaev R A Astron. Astrophys. 480 629 (2008); Chluba J, Sunyaev R A arXiv:0705.3033
  72. Wong W Y, Moss A, Scott D Mon. Not. R. Astron. Soc. 386 1023 (2008)
  73. Matsuda T, Satō H, Takeda H Prog. Theor. Phys. 42 219 (1969)
  74. Hirata C M, Switzer E R Phys. Rev. D 77 083007 (2008)
  75. Wong W Y, Scott D Mon. Not. R. Astron. Soc. 375 1441 (2007)
  76. Kholupenko E E, Ivanchik A V, Varshalovich D A Mon. Not. R. Astron. Soc. 378 L39 (2007); Kholupenko E E, Ivanchik A V, Varshalovich D A astro-ph/0703438
  77. Холупенко Е Е, Иванчик А В, Варшалович Д А Письма в Астрон. журн. 34 803 (2008); Kholupenko E E, Ivanchik A V, Varshalovich D A Astron. Lett. 34 725 (2008)
  78. Switzer E R, Hirata C M Phys. Rev. D 77 083006 (2008)
  79. Fendt W A et al. Astrophys. J. Suppl. 181 627 (2009)
  80. Grin D, Hirata C M Phys. Rev. D 81 083005 (2010)
  81. Ali-Haïmoud Y, Hirata C M Phys. Rev. D 83 043513 (2011); Ali-Haïmoud Y, Hirata C M arXiv:1011.3758
  82. Chluba J, Thomas R M Mon. Not. R. Astron. Soc. 412 748 (2011); Chluba J, Thomas R M arXiv:1010.3631
  83. Chluba J, Thomas R M "CosmoRec: Cosmological Recombination code" Astrophysics Source Code Library record ascl:1304.017; Chluba J, Thomas R M http://asterisk.apod.com/wp/?page_id=12
  84. Kholupenko E E et al. Mon. Not. R. Astron. Soc. 417 2417 (2011); Kholupenko E E et al. arXiv:1104.3050
  85. Бургин М С "Библиотека SPDCBR для расчета космологического рекомбинационного спектра" ftp://ftp.asc.rssi.ru/outgoing/spdcbr/
  86. Бургин М С Краткие сообщ. по физ. ФИАН 36 (4) 26 (2009); Burgin M S Bull. Lebedev Phys. Inst. 36 110 (2009)
  87. Бургин М С Краткие сообщ. по физ. ФИАН 37 (9) 30 (2010); Burgin M S Bull. Lebedev Phys. Inst. 37 280 (2010)
  88. Chluba J, Sunyaev R A Astron. Astrophys. 446 39 (2006)
  89. Холупенко Е Е, Иванчик А В Письма в Астрон. журн. 32 883 (2006); Kholupenko E E, Ivanchik A V Astron. Lett. 32 795 (2006)
  90. Грачев С И, Дубрович В К Письма в Астрон. журн. 34 483 (2008); Grachev S I, Dubrovich V K Astron. Lett. 34 439 (2008)
  91. Бургин М С, Кауц В Л, Шахворостова Н Н Письма в Астрон. журн. 32 563 (2006); Burgin M S, Kauts V L, Shakhvorostova N N Astron. Lett. 32 507 (2006)
  92. Каршенбойм С Г, Иванов В Г Письма в Астрон. журн. 34 323 (2008); Karshenboim S G, Ivanov V G Astron. Lett. 34 289 (2008)
  93. Kholupenko E E, Ivanchik A V, Varshalovich D A Phys. Rev. D 81 083004 (2010)
  94. Chluba J, Sunyaev R A Mon. Not. R. Astron. Soc. 402 1221 (2010)
  95. Henry R C Astrophys. J. 516 L49 (1999)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение