Новости науки : 24.11.01 След эпохи вторичной ионизации Вселенной в спектре самого далекого квазара
Спустя сотни тысяч лет после Большого взрыва произошла рекомбинация изначально ионизованного газа, после чего вся Вселенная оказалась более-менее равномерно заполненной нейтральным водородом, непрозрачным для ультрафиолета. Сейчас Вселенная снова прозрачна, поскольку весь водород в пространстве опять ионизован ультрафиолетовым излучением звезд. Иными словами, во Вселенной произошла вторичная ионизация. Двигаясь по времени назад (т.е. наблюдая спектры далеких квазаров), мы встречаем все больше облаков нейтрального водорода, которые выедают провалы в спектре, образуя так называемый Лайман-альфа лес (каждый провал соответствует положению главной спектральной линии водорода Лайман-альфа при красном смещении одного из облаков, оказавшихся на луче зрения). Если же квазар так далек, что мы наблюдаем его свет, испущенный до завершения вторичной ионизации, часть спектра будет поглощена полностью, поскольку нейтральный водород на луче зрения целиком заполняет некоторый интервал красных смещений. Такой эффект был предсказан давно и носит имя "эффект Ганна-Петерсона". Недавно опубликован е-принт (astro-ph/0108097, первый автор Robert H. Becker), где сообщается об обнаружении этого эффекта в спектре квазара с рекордным красным смещением 6.2.
В работе представлены спектры четырех самых далеких квазаров (красные смещения 5.80, 5.82, 5.99 и 6.28), найденных в ходе систематического обзора неба (Sloan Digital Sky Survey). Первые три спектра демострируют традиционный Лайман-альфа лес в соответствии с тем, что дает экстраполяция данных с меньших красных смещений. В спектре же квазара с z=6.28 (см. рисунок) есть участок, соответствующий "желобу" Ганна-Петерсона, где излучение поглощено полностью. Этот участок - примерно 8400 - 8750 ангстрем на нижней панели рисунка. Он соответствует сплошному заполнению Вселенной нейтральным водородом от z ~ 5.95 и дальше. Это не значит, что основная вторичная ионизация произошла вблизи z = 6, достаточно лишь небольшого остатка нейтрального водорода, чтобы целиком поглотить участок спектра. То есть, вторичная ионизация могла начаться раньше, а разница в спектрах при z = 6.28 и z = 5.99 говорит лишь о том, что в это время она закончилась (примерно между 740 и 800 миллионами лет от Большого взрыва при нынешнем возрасте Вселенной 14 миллиардов лет).
Правда, единичного наблюдения для окончательных выводов недостаточно. Так, Николай Чугай (Институт Астрономии РАН, частное сообщение) высказал подозрение, что авторы, возможно не совсем точно вычли фон (перевычли). За это говорит то, что Лайман-альфа лес на нижнем спектре тоже выглядит "притопленным" по сравнению с другими спектрами. Хотя это может быть совпадением (больше обычных нейтральных облаков на луче зрения). Благодаря продолжению тотальных обзоров неба, открытие новых квазаров при z > 6 и подтверждение или не подтверждение эффекта вряд-ли заставит себя долго ждать. Комментарии к спектрам даны под рисунком.
Б. Штерн

Интерпретация спектров

Спектр квазаров близок к непрерывному, кусок этого спектра мы видим на каждой панели справа в виде большого бугра. Для столь длинных волн Вселенная прозрачна. Обрыв бугра соответствует основной линии водорода (первый уровень возбуждения) Лайман альфа при соответствуюшем красном смещении. Меньшие длины волн уже могут поглощаться водородом по дороге. Это поглошение мы видим как Лайман-альфа лес, который на самом деле является "лесом" провалов, а пички спектра - это "останцы", но не линии. Еще дальше влево лес постепенно сходит на нет, поскольку в игру входит поглощение с возбуждением следующих уровней водорода, и наконец, исчезает полностью за Лайман-альфа пределом, соответствующим поглощению с ионизацией атома водорода. Отсутствие леса на нижнем спектре в диапазоне 8400 - 8750 А интерпретируется как желоб Ганна Петерсона, т.е. соответствует сплошному заполнению пространства нейтральным водородом.

На главную страницу

перейти к началу страницы