Τι συμβαίνει στο φως όταν περνά μέσω του νέφους υδρογόνου στο σύμπαν;

Όταν το φως διέρχεται από ένα σύννεφο υδρογόνου στο σύμπαν, πολλά πράγματα μπορούν να συμβούν, ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός και την πυκνότητα και τη θερμοκρασία του σύννεφου:

Απορρόφηση:

* σειρά Lyman: Τα άτομα υδρογόνου μπορούν να απορροφήσουν το φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος που αντιστοιχούν στις μεταβάσεις των ηλεκτρονίων από την κατάσταση εδάφους (n =1) σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας (n =2, 3, 4, κλπ.). Αυτή η απορρόφηση είναι ιδιαίτερα ισχυρή για τη γραμμή Lyman-Alpha (n =1 έως n =2), η οποία έχει μήκος κύματος 121,6 νανόμετρων (UV). Αυτή η απορρόφηση είναι ο λόγος για τον οποίο το σύμπαν φαίνεται αδιαφανές για την υπεριώδη ακτινοβολία σε redshifts πάνω από περίπου 10.

* Άλλες σειρές: Η απορρόφηση μπορεί επίσης να εμφανιστεί για άλλες σειρές μεταβάσεων, όπως η σειρά Balmer (n =2 έως τα υψηλότερα επίπεδα), αλλά αυτές οι γραμμές είναι συνήθως ασθενέστερες, αφού απαιτούν πρώτα το άτομο υδρογόνου να είναι σε διεγερμένη κατάσταση πρώτα.

εκπομπή:

* ανασυνδυασμός: Όταν ένα άτομο υδρογόνου απορροφά ένα φωτόνιο, το ηλεκτρόνιο του πηδά σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Στη συνέχεια, μπορεί να επιστρέψει αυθόρμητα σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας, εκπέμποντας ένα φωτόνιο ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανασυνδυασμός.

* Διακοπή σύγκρουσης: Οι συγκρούσεις μεταξύ ατόμων υδρογόνου ή άλλων σωματιδίων μπορούν επίσης να διεγείρουν ηλεκτρόνια σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας, ακολουθούμενη από εκπομπή φωτονίων όταν επιστρέφουν σε χαμηλότερα επίπεδα.

Διάρκεια:

* Thomson Scattering: Αυτή είναι η διασπορά του φωτός από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Είναι πολύ σημαντικό σε υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλές πυκνότητες, όπου το υδρογόνο ιονίζεται.

* Rayleigh Scattering: Αυτή είναι η διασπορά του φωτός από μόρια, συμπεριλαμβανομένου του ουδέτερου υδρογόνου. Είναι πολύ σημαντικό σε χαμηλές θερμοκρασίες και πυκνότητες.

Επιδράσεις στην παρατήρηση:

* Φασματικές γραμμές: Η απορρόφηση και η εκπομπή φωτός από σύννεφα υδρογόνου δημιουργούν ξεχωριστές φασματικές γραμμές που μπορούν να παρατηρηθούν με τηλεσκόπια. Αυτές οι γραμμές παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση, τη θερμοκρασία και την πυκνότητα του σύννεφου.

* Reddening: Η διασπορά του φωτός από τους κόκκους σκόνης μέσα στα σύννεφα υδρογόνου μπορεί να προκαλέσει το φως να γίνει κόκκινο, ένα φαινόμενο γνωστό ως Reddening.

* αδιαφάνεια: Η απορρόφηση και η διασπορά του φωτός από τα σύννεφα υδρογόνου καθιστούν τα σύννεφα αδιαφανή σε ορισμένα μήκη κύματος φωτός.

Οι συγκεκριμένες διεργασίες που κυριαρχούν εξαρτώνται από τις ιδιότητες του νέφους υδρογόνου και το φως που διέρχεται από αυτό. Για παράδειγμα, τα πυκνά, κρύα σύννεφα θα απορροφήσουν κυρίως την ακτινοβολία Lyman-alpha, ενώ τα ζεστά, ιονισμένα σύννεφα θα διασκορπιστούν αποτελεσματικότερα.

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το φως αλληλεπιδρά με τα σύννεφα υδρογόνου είναι ζωτικής σημασίας για τη μελέτη του πρώιμου σύμπαντος, τον σχηματισμό αστεριών και γαλαξιών και τη διανομή της ύλης στον κόσμο.