Лес Лайман-альфа


Лес Лайман-альфа (Lyα-лес) — многократное повторение абсорбционной линии Лайман-альфа в спектрах далеких астрономических объектов. Для очень далёких объектов это явление может быть настолько сильным, что вызывает значительный спад интенсивности в некотором интервале частот; это называется эффектом Ганна — Петерсона.

Lyα-лес возникает из-за облаков нейтрального водорода, через которые проходит свет от наблюдаемого объекта. Эти облака находятся на разных красных смещениях z. Длины волн линий, которые добавляет к спектру объекта каждое такое облако, зависят от его красного смещения. В результате густота и интенсивность этих линий несет в себе информацию о состоянии межгалактического газа, находящегося по пути следования принимаемого света.

Линия Лайман-альфа водорода лежит (в лабораторных условиях) на длине волны 1215,668 ангстрем (1,216⋅10−7 м), что отвечает частоте 2,47⋅1015 Гц. Таким образом, она лежит в ультрафиолетовой части электромагнитного спектра, однако из-за большой удалённости (сильного красного смещения) она смещается в видимый диапазон, что даёт возможность детектировать её даже наземными средствами наблюдения.

Серия Лаймана состоит из значений энергии, необходимой для возбуждения электрона в атоме водорода с первого наинизшего уровня в более высокие состояния, или наоборот — выделяющейся при переходе электрона на первый уровень с вышележащего. В частности, согласно формуле Ридберга, разность энергий между первым (n=1) и вторым (n=2) возбуждённым состоянием соответствует фотону с длиной волны 1216 Å. Так что если свет с длиной волны 1216 Å проходит через скопление нейтральных атомов водорода, они будут поглощать фотоны этого света, используя их для возбуждения своих электронов с первого уровня на второй. И чем больше таких атомов водорода окажется на пути света, тем большее число фотонов с длиной волны 1216 Å будет поглощено. Количественно это выражается в провале в функции интенсивности детектируемого наблюдателем на Земле света в зависимости от длины волны.