Ліс Лайман-альфа (або ліс Лайман-α) — серія ліній поглинання у спектрах далеких галактик і квазарів, що виникають унаслідок електронного переходу Лайман-α у нейтральному атомі водню. Ці лінії мають різний червоний зсув внаслідок космологічного розширення, різного для різних хмар водню на шляху фотона. Сукупність таких ліній схожа на ліс, звідки й пішла назва явища. Ліс Лайман-альфа є інструментом вивчення густини й температури міжгалактичного газу і великомасштабної структури Всесвіту в космології.
Історія Ліс Лайман-альфа вперше відкрив 1970 року астроном Роджер Ліндс під час спостереження квазара . Квазар 4C 05.34 був на той час найдальшим відомим об'єктом, і Ліндс відзначив незвично велику кількість ліній поглинання у його спектрі, припустивши, що більшість із них пов'язані з одним і тим самим переходом Лайман-α. Подальші спостереження Джона Бакалла та Самуеля Голдсміта підтвердили наявність цих незвичних ліній поглинання, хоча походження їх залишалося не цілком ясним. Згодом у спектрах багатьох інших квазарів із великим червоним зсувом виявили ту саму систему вузьких ліній поглинання. Саме Ліндс першим описав їх як «ліс Лайман-α». Ян Оорт висловив припущення, що ці лінії поглинання зумовлені не фізичними процесами в самих квазарах, а поглинанням у хмарах міжгалактичного газу в надскупченнях галактик.
Фізичне підґрунтя
У нейтральному атомі водню спектральні лінії виникають, коли електрон переходить між енергетичними рівнями. Серія Лаймана складається зі спектральних ліній, що утворюються під час переходів електрона між основним станом і збудженими рівнями. Перехід Лайман-альфа відповідає переходу електрона між основним станом (n = 1) та першим збудженим станом (n = 2). Спектральна лінія Лайман-альфа має лабораторну (або власну) довжину хвилі 1216 Å, що знаходиться в ультрафіолетовій частині електромагнітного спектра.
Лінії поглинання Лайман-альфа у спектрах квазарів зумовлені міжгалактичним газом, крізь який пройшло світло галактики чи квазара. Оскільки хмари нейтрального водню в міжгалактичному середовищі мають різні ступені червоного зміщення (через різну відстань від Землі), їхні лінії поглинання спостерігаються на різних довжинах хвиль. Кожна окрема хмара залишає свій відбиток у вигляді лінії поглинання в окремій ділянці спостережуваного спектра.
Використання в астрофізиці
Ліс Лайман-альфа є важливим інструментом для дослідження міжгалактичного середовища, і його можна застосовувати для визначення частоти й густини хмар, що містять нейтральний водень, а також їхньої температури. Шукаючи лінії від інших елементів, як-от гелій, вуглець і кремній (які відповідають однаковому червоному зміщенню), можна вивчати вміст важчих елементів у цих хмарах. Хмара з великою поверхневою густиною нейтрального водню проявляє характерні крила навколо лінії й класифікується як система Лайман-альфа з загасанням.
Для квазарів із більшим червоним зміщенням кількість ліній у лісі зростає, аж поки при зміщенні близько 6 у міжгалактичному середовищі не стає настільки багато нейтрального водню, що ліс переходить у провал Ганна — Петерсона. Це відповідає завершенню реіонізації Всесвіту.
Спостереження лісу Лайман-альфа можна використовувати для обмеження космологічних моделей. Їх також застосовують для встановлення властивостей темної матерії, зокрема масштабу вільного пробігу темної матерії, який у моделях теплової реліктової темної матерії тісно пов'язаний із масою частинок темної матерії.
Див. також Крапля Лайман-альфа Галактика розриву Лаймана Випромінювач Лайман-альфа Ефект Ганна — Петерсона
Примітки
Посилання